Анализ динамического рассеяния света для определения размера частиц железо-углеводных комплексов
Summary
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.
Abstract
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.
Introduction
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.
Protocol
Representative Results
Discussion
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 пр…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Никакой
Materials
| Equipment | |||
| Zetasizer Nano ZS | Malvern | NA | equipped with Zetasizer software 7.12, Helium Neon laser (633 nm, max. 4 mW) and 173° backscattering geometry |
| Materials | |||
| Disposable plastic cuvettes | |||
| LLG-Disposable plastic cells | LLG labware | LLG-Küvetten, Makro, PS; Order number 9.406011 | |
| low-particle water | (The use of freshly deionized and filtered (pore size 0.2 μm) water is recommended). | ||
| Microlitre pipette | |||
| Venofer 100 mg/5 mL | Vifor Pharma | ||
| Volumetric flask 25 mL | |||
| Nanosphere | Thermo | 3020A | Particle Standard |
| Software | |||
| Origin Pro v.8.5 | Origin Lab Corporation |
References
- 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).
- 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)
- 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).
- Astier, A., et al. How to select a nanosimilar. Annals of the New York Academy of Sciences. 1407 (1), 50-62 (2017).
- 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).
- Aguera, M. L., et al. Efficiency of original versus generic intravenous iron formulations in patients on haemodialysis. PLoS One. 10 (8), e0135967 (2015).
- Alphandery, E. Iron oxide nanoparticles for therapeutic applications. Drug Discovery Today. 25 (1), 141-149 (2020).
- 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).
- Nikravesh, N., et al. Factors influencing safety and efficacy of intravenous iron-carbohydrate nanomedicines: From production to clinical practice. Nanomedicine. 26, 102178 (2020).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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)
- 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)
- US Food and Drug Administration. Draft guidance on ferric oxyhydroxide. US Food and Drug Administration. , (2021).
- Zou, P., Tyner, K., Raw, A., Lee, S. Physicochemical characterization of iron carbohydrate colloid drug products. The AAPS Journal. 19 (5), 1359-1376 (2017).
- 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).
- 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)
- 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)
- Fischer, K., Schmidt, M. Pitfalls and novel applications of particle sizing by dynamic light scattering. Biomaterials. 98, 79-91 (2016).
- 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).
- Yusa, S., Narain, R. Chapter 6 – Polymer characterization. Polymer Science and Nanotechnology. , 105-124 (2020).
