Poly (acide D, L-lactide-co-glycolique) – Nanoparticules PLGA

Chez nanoComposix, nous proposons des services d'encapsulation personnalisés et une fabrication de nanoparticules PLGA sur commande pour des applications dans l'administration de médicaments ou de gènes, le théranostic et adaptés aux besoins spécifiques du client. Pour les applications injectables courantes, la plage de tailles souhaitable pour les véhicules d'administration in vivo est de 100 à 300 nm. Notre équipe peut encapsuler le composé souhaité (médicament, protéine, peptide, acide nucléique) ou modifier la surface des particules PLGA pour faciliter la fixation des ligands, des antigènes et des anticorps afin de répondre aux exigences personnalisées des applications ciblées. Cet article fournit un aperçu des applications , de la synthèse et de la fabrication des nanoparticules PLGA chez nanoComposix .

Applications des nanoparticules PLGA

L'acide poly (D, L-lactide-co-glycolique) (PLGA) est un polymère biodégradable couramment utilisé pour fabriquer des particules destinées aux études in vivo et est généralement considéré comme sûr. Le PLGA est approuvé par la Food and Drug Administration (FDA) des États-Unis et par l'Agence européenne des médicaments (EMA) pour une utilisation dans les vaccins, l'administration de médicaments et l'ingénierie tissulaire.1,2 les particules de PLGA peuvent être chargées soit des médicaments hydrophobes ou des peptides/protéines hydrophiles, encapsulant le composé actif et le protégeant de la dégradation protéolytique. De plus, la surface des nanoparticules peut être modifiée chimiquement pour un tropisme spécifique ou une libération de molécules, ou pour échapper au système réticuloendothélial (RES). Le développement réussi de nanoparticules PLGA en tant que système de distribution nécessite un chargement et une encapsulation précis des ingrédients actifs, suivis de leur libération contrôlée.

Le PLGA est utilisé dans divers domaines de recherche, notamment la libération contrôlée de médicaments encapsulés, l'ingénierie tissulaire, la guérison des défauts osseux et le développement de vaccins. Plusieurs produits à base de PLGA permettant la libération contrôlée de protéines ou de peptides encapsulés sont déjà sur le marché. Depuis l'approbation des traitements du cancer de la prostate Zoladex et Lupron Depot en 1989, les systèmes d'administration hybrides à base de poly (acide D, L-lactique) (PLA)/PLGA ont permis le développement de formulations à libération prolongée qui peuvent réduire la fréquence d'administration et minimiser les effets secondaires des médicaments. effets. À ce jour, la FDA a approuvé 16 produits différents à base de PLA/PLGA, dont 12 formulés sous forme de microsphères. Beaucoup de ces produits sont devenus des médicaments leaders dans leurs catégories respectives en raison de leur sécurité, de leur efficacité et de leurs profils de dosage améliorés.

Méthodes pour formuler des nanoparticules PLGA

Divers procédés sont employés pour la préparation des nanoparticules de PLGA, de la technique classique d'émulsification-évaporation de solvant à la nanoprécipitation, ou encore l'utilisation de dispositifs microfluidiques. Nous discutons ici de certaines des méthodes courantes pour fabriquer ces matériaux. Quelle que soit l’approche de synthèse, les ingrédients actifs peuvent être encapsulés à l’intérieur du noyau de la nanoparticule, piégés parmi les chaînes polymères ou autrement adsorbés à la surface de la nanoparticule.

Émulsification-évaporation (émulsion huile-eau ou eau-huile-eau)

L'émulsification-évaporation est la méthode la plus courante pour la préparation de nanoparticules de PLGA. Cette technique permet l’encapsulation de médicaments hydrophobes et hydrophiles à l’échelle micro ou nanométrique. En bref, le PLGA est dissous dans une phase organique (huile) qui est émulsionnée avec un tensioactif ou un stabilisant dans une phase non miscible à l'huile (généralement de l'eau). Les médicaments hydrophobes sont ajoutés directement à la phase huileuse, tandis que les médicaments hydrophiles peuvent d'abord être émulsionnés avec la solution de polymère avant la formation des particules. Des salves de sonication de haute intensité peuvent être utilisées pour faciliter la formation de petites gouttelettes de polymère. L'émulsion résultante est ajoutée à une phase aqueuse plus grande et agitée pendant plusieurs heures, permettant au solvant de s'évaporer. Le polymère précipite à mesure que le solvant est éliminé et les nanoparticules durcies sont collectées et lavées par centrifugation avant lyophilisation et stockage à long terme. Le PLGA possède de nombreux avantages pour l’administration de médicaments, mais la formation reproductible de nanoparticules peut s’avérer difficile ; une variabilité considérable de la taille des particules et de l'efficacité d'encapsulation est introduite par l'utilisation de différents équipements, de lots de réactifs précurseurs et de la méthode précise d'émulsification. De plus, l’étape d’évaporation nécessite l’utilisation de chaleur et de vide, ce qui peut introduire une variabilité supplémentaire dans les particules résultantes. La figure ci-dessous donne un aperçu de la procédure de double émulsion (eau/huile/eau, w1/o/w2) pour obtenir des micro-/nanoparticules PLGA.

En ajustant les conditions de synthèse (stabilisants, solvants et procédure de mélange), il est possible d'obtenir des micro-/nanosphères avec une matrice uniforme ou des micro-/nanocapsules avec des structures cœur-coquille. Les immunoparticules utilisées pour une administration dirigée peuvent être obtenues en attachant des molécules d'anticorps spécifiques aux surfaces des particules.

 

Nanoprécipitation

Également appelée dépôt interfacial, la nanoprécipitation est une autre méthode utilisée pour préparer des nanoparticules de PLGA. Dans cette approche, le polymère et le médicament sont dissous dans un solvant organique (tel que l'acétone ou le DMSO), puis ajoutés goutte à goutte à l'eau. Le solvant organique est évaporé et les particules sont collectées sous forme de culot par centrifugation. Cette méthode est un processus simple en une seule étape avec une reproductibilité élevée et a été initialement appliquée aux médicaments hydrophobes.

Vous trouverez ci-dessous des images TEM de nanoparticules PLGA préparées chez nanoComposix via une méthode d'auto-assemblage par nanoprécipitation en une seule étape.

Mesures DLS : Z-Ave = 233,3 nm, Std. Dév. = 3,413, PDI = 0,062
Résultats TEM : Ave. Diam. = 193,3 nm ; Norme. Dév. = 63,7 ; CV = 32,9%

La nanoprécipitation en tant que méthode de synthèse présente des avantages et des inconvénients. Malheureusement, les distributions granulométriques sont très sensibles à l’efficacité du mélange lors de la synthèse. Cette méthode peut également produire des particules qui souffrent d'une faible charge de médicament, en particulier lorsque des composants hydrophiles tels que des protéines et des peptides sont encapsulés.3 Chez nanoComposix, l'efficacité de l'encapsulation peut être considérablement améliorée grâce à des ajustements tels que la variation du pH,4 incorporant des additifs salins ou des solutions huileuses,5 et même en employant une méthode de nanoprécipitation modifiée.6 De plus, des études démontrent une encapsulation plus efficace par nanoprécipitation que par des méthodes basées sur des émulsions.7

La figure ci-dessous montre des images TEM de nanoparticules PLGA chargées de sérumalbumine humaine (HSA) préparées via une méthode de nanoprécipitation modifiée chez nanoComposix.

Mesures DLS : Z-Ave = 172,3 nm, Std. Dév. = 3,413, PDI = 0,076
Résultats TEM : Ave. Diam. = 112 nm ; Norme. Dév. = 31,1 ; CV = 27,8 %

Nanoprécipitation éclair

La nanoprécipitation flash est une méthode récemment développée pour générer des nanoparticules polymères par micro-mélange rapide. Développée dans le but d'améliorer le débit de l'approche de synthèse par nanoprécipitation, la nanoprécipitation flash est réalisée à l'aide de géométries d'écoulement spécialement conçues, telles qu'un mélangeur à jet incident confiné ou un mélangeur vortex à entrées multiples. Les images et schémas ci-dessous (adaptés de la réf. 8) illustrent la conception d'un mélangeur vortex. Le mélangeur (photo de gauche) utilise quatre seringues pour fournir le fluide à mélanger. Le mélangeur vortex se compose de quatre ports dans une configuration radiale et peut traiter jusqu'à 100 ml de matériau par minute.

Dans le mélangeur vortex, les flux de fluide contenant les différents composants entrent en contact dans des conditions de cisaillement élevé très turbulentes et le changement de solubilité apporté par le mélange de solvants induit une coprécipitation rapide des nanoparticules et de la cargaison. La nanoprécipitation flash est un outil de criblage accessible à l’échelle du laboratoire et une approche évolutive de la production de nanoparticules pour la recherche translationnelle. La nanoprécipitation flash peut être utilisée pour les nanoparticules polymères constituées d'un noyau hydrophobe ou hydrophile. Dans des conditions normales de fonctionnement, plus de 95 % du matériau du noyau est généralement encapsulé à une fraction massique élevée dans la particule. Le traitement de lots plus importants nécessite simplement d'exécuter le processus pendant des durées plus longues, évitant ainsi les problèmes de mélange associés aux méthodes traditionnelles de nanoprécipitation et permettant une mise à l'échelle facile des formulations de plomb à l'aide de pousse-seringues ou de contrôleurs de débit.

Synthèse assistée par microfluidique

Cette technique peut produire des nanoparticules uniformes et reproductibles, mais est normalement limitée à une production à l’échelle du milligramme. Une mise à l'échelle ultérieure implique généralement une parallélisation automatique à un coût d'investissement élevé. Dans l’approche assistée par microfluidique, un mélange intime de PLGA et la cargaison sont suspendus dans un non-solvant et forcés à très haute pression à travers un petit pore au-dessus de la température de transition vitreuse du PLGA. Les forces de cisaillement élevées générées dans une telle configuration réduisent la taille des particules de PLGA. L'ajout ultérieur d'un revêtement tel que l'alcool polyvinylique (PVA) piège les particules à une taille particulière et empêche leur agglomération.

L'image ci-dessus de Microfluidics International Corporation représente un équipement de laboratoire pneumatique à haute pression pour le traitement des fluides à fort cisaillement.

Caractérisation et fabrication de PLGA chez nanoComposix

Capacités analytiques

  • La morphologie des particules peut être caractérisée par microscopie électronique à balayage (MEB) et/ou microscopie électronique à transmission (TEM). Pour une visualisation optimale par TEM, les particules PLGA sont colorées négativement avec du Nano-W de Nanoprobes ou du molybdate d'ammonium. La distribution de taille, l'indice de polydispersité et la charge (potentiel zêta) sont mesurés à l'aide d'un Zetasizer Nano-ZS de Malvern Analytical. Les concentrations de particules sont quantifiées par analyse de suivi des nanoparticules (NTA).
  • La structure chimique est confirmée par spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FTIR).
  • La stérilité est caractérisée à l'aide de méthodes de détection d'endotoxines sensibles avec une limite de détection de 0,001 UE/mL dans les échantillons dilués.
  • L'efficacité d'encapsulation et la charge de médicament sont déterminées par spectrophotométrie en utilisant l'UV-Vis ou la fluorescence, ou en employant des tests spécifiques.
  • Les rendements de réaction sont déterminés par des mesures de bilan massique.
  • Le PVA résiduel associé aux nanoparticules de PLGA est quantifié par spectrophotométrie, à l'aide d'un test d'iode développé chez nanoComposix.
  • Les cinétiques de libération sont caractérisées dans une solution saline tamponnée au phosphate (PBS) ou tout autre solvant ou tampon requis par le client.

Une liste complète de nos instruments d'analyse peut être consultée sur le lien suivant : Installations et équipements .

Optimisation des processus pour faciliter la mise à l'échelle

nanoComposix a développé des modifications des méthodes décrites pour améliorer leur évolutivité, car de nombreuses techniques ne se prêtent pas à une opération à grande échelle (à savoir le vortex, l'évaporation, la centrifugation et la sonication).

  1. Pour satisfaire le besoin d'homogénéisation, le processus de mélange peut être commuté sur un mélangeur à flux incident. Par exemple, une émulsion simple ou double peut être remplacée par une nanoprécipitation à l’aide d’un mélangeur à flux incident.
  2. À grande échelle, la simple évaporation du solvant peut s’avérer peu pratique et inefficace. nanoComposix est équipé de plusieurs évaporateurs rotatifs pour faciliter l'élimination rapide des solvants pour les synthèses à petite et à grande échelle.
  3. La centrifugation pour la purification des particules est difficile à mettre à l’échelle, surtout lorsqu’elle implique une rotation à grande vitesse à l’aide d’une ultracentrifugation. nanoComposix a développé des méthodes exclusives pour le traitement à haut débit des nanoparticules afin de laver et d'éliminer les solvants restants et les précurseurs n'ayant pas réagi.
  4. Une exposition inégale à l’énergie peut présenter des défis pour la sonication du bain à grande échelle. Alternativement, l’étape de sonication peut être remplacée par un mélange à cisaillement élevé, une sonde Pasteur ou une microfluidisation pour générer une force de cisaillement élevée et faciliter la dispersion finale. Si nécessaire, un sonicateur à flux continu à plus grande échelle peut être utilisé.
  5. Une filtration stérile est effectuée sur le produit nanoparticulaire final. D'autres méthodes de stérilisation utilisent un faisceau électronique ou un rayonnement gamma. Enfin, les niveaux d'endotoxines sont testés dans le cadre d'une procédure de caractérisation de routine.
  6. nanoComposix lyophilise les suspensions colloïdales pour faciliter la stabilité et le stockage des particules. Le processus de lyophilisation/lyophilisation est effectué en présence de sucres comme cryoprotecteur pour éviter l’agrégation des particules.

Production de nanoparticules PLGA sous GMP

nanoComposix propose des services pour produire des particules PLGA à grande échelle afin de fournir du matériel pour les essais cliniques précliniques et de phase I/Phase II conformément aux BPF et à la norme ISO13485. Cela inclut les fonctionnalités suivantes :

  • Agrandissement de la synthèse pour produire les lots requis pour les essais cliniques ou d'autres besoins des clients.
  • La stérilité sera obtenue en formulant les particules dans des conditions aseptiques. Sinon, un faisceau électronique ou un rayonnement gamma peut être appliqué après la synthèse, à condition que le processus n'ionise pas les ingrédients actifs de l'ingrédient pharmaceutique actif (API). Les particules sont testées avant et après exposition aux rayonnements pour garantir que les performances ne sont pas compromises par la procédure de stérilisation.
  • Particules optimisées pour les performances et la fabricabilité jusqu'à un gel de la conception, y compris le lancement du contrôle de la conception.
  • La documentation du système qualité associé à la synthèse et à la caractérisation des particules sera préparée. Cela inclut la synthèse de particules avec des contrôles GMP et un audit interne pour le contrôle qualité.

Nous estimons un délai de 6 à 18 mois pour la production de particules sous contrôle BPF. Découvrez-en davantage sur nos capacités de production sur notre page Services de fabrication de nanomédecine et contactez-nous si vous avez des questions.


Références citées

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