Dynamisk lysspredningsanalyse for bestemmelse av partikkelstørrelsen til jern-karbohydratkomplekser

Summary

Dynamisk lysspredning (DLS) har dukket opp som en egnet analyse for å evaluere partikkelstørrelsen og fordelingen av intravenøst administrerte jernkarbohydratkomplekser. Protokollene mangler imidlertid standardisering og må endres for hvert jern-karbohydratkompleks som analyseres. Denne protokollen beskriver anvendelsen og spesielle hensyn for analyse av jernsukrose.

Abstract

Intravenøst administrerte jern-karbohydrat nanopartikkelkomplekser er mye brukt til å behandle jernmangel. Denne klassen inneholder flere strukturelt heterogene nanopartikkelkomplekser, som utviser varierende følsomhet overfor forholdene som kreves for metodene som er tilgjengelige for fysisk-kjemisk karakterisere disse midlene. For tiden er de kritiske kvalitetsegenskapene til jernkarbohydratkomplekser ikke fullstendig etablert. Dynamisk lysspredning (DLS) har dukket opp som en grunnleggende metode for å bestemme intakt partikkelstørrelse og fordeling. Det gjenstår imidlertid fortsatt utfordringer med standardisering av metoder på tvers av laboratorier, spesifikke modifikasjoner som kreves for individuelle jernkarbohydratprodukter, og hvordan størrelsesfordelingen best kan beskrives. Det er viktig at fortynningsvæsken og seriefortynningen som brukes, er standardisert. Den store variasjonen i tilnærminger for prøvepreparering og datarapportering begrenser bruken av DLS for sammenligning av jernkarbohydratmidler. Her beskriver vi en robust og lett reproduserbar protokoll for å måle størrelsen og størrelsesfordelingen av jern-karbohydratkomplekset, jernsukrose, ved hjelp av Z-gjennomsnittet og polydispersitetsindeksen.

Introduction

Jernsukrose (IS) er en kolloidal løsning bestående av nanopartikler som består av et kompleks av en polynukleær jernoksyhydroksydkjerne og sukrose. IS er mye brukt til å behandle jernmangel blant pasienter med et bredt spekter av underliggende sykdomstilstander som ikke toler oralt jerntilskudd eller for hvem oral jern ikke er effektiv¹. IS tilhører stoffklassen av komplekse stoffer som definert av Food and Drug Administration (FDA), som er en klasse medikamenter med kompleks kjemi i samsvar med biologi². Den regulatoriske evalueringen av komplekse legemiddelprodukter kan kreve ytterligere ortogonale fysisk-kjemiske metoder og/eller prekliniske eller kliniske studier for nøyaktig å sammenligne oppfølgingskomplekse legemidler ^3,4. Dette er viktig fordi flere studier har rapportert at bruk av IS versus et etterfølgende IS-produkt ikke gir de samme kliniske resultatene. Dette understreker kritikaliteten i bruken av nye og ortogonale karakteriseringsteknikker som er egnet til å oppdage forskjeller i de fysisk-kjemiske egenskapene mellom IS-produkter ^5,6.

Den nøyaktige belysningen av størrelsen og størrelsesfordelingen av IS er av klinisk betydning, da partikkelstørrelse er en viktig innflytelsesrik faktor i hastigheten og omfanget av opsonisering – det første kritiske trinnet i biodistribusjonen av disse komplekse stoffene ^7,8. Selv små variasjoner i partikkelstørrelse og partikkelstørrelsesfordeling har vært relatert til endringer i farmakokinetisk profil av jernoksid nanopartikkelkomplekser ^9,10. En nylig studie av Brandis et al. viste at partikkelstørrelse målt ved DLS var signifikant forskjellig (14,9 nm ± 0,1 nm vs. 10,1 nm ± 0,1 nm, p < 0,001) ved sammenligning av henholdsvis et referanseoppført legemiddel og et generisk natriumjernglukonatprodukt¹¹. Den konsekvente batch-til-batch-kvaliteten, sikkerheten og effekten av jernkarbohydratprodukter er helt avhengig av oppskaleringen av produksjonsprosessen, og potensiell produksjonsdrift må vurderes nøye⁹. Produksjonsprosessen kan resultere i gjenværende sukrose, og dette vil variere basert på produsenten¹². Eventuelle modifikasjoner i produksjonsprosessvariablene kan føre til betydelige endringer i det endelige komplekse legemiddelproduktet med hensyn til struktur, kompleks stabilitet og in vivo disposisjon⁹.

For å vurdere stoffkonsistens og forutsi stoffets in vivo-oppførsel, er det nødvendig med moderne ortogonale analytiske metoder for å bestemme de fysisk-kjemiske egenskapene til komplekse nanomedisiner. Det mangler imidlertid standardisering av metodikker, noe som kan resultere i stor grad av interlaboratorievariasjon i resultatrapportering¹³. Til tross for anerkjennelsen av disse utfordringene av globale reguleringsmyndigheter og det vitenskapelige^samfunn14, forblir de fleste av de fysisk-kjemiske egenskapene til IS dårlig definert, og det fulle komplementet av kritiske kvalitetsattributter i sammenheng med tilgjengelige regulatoriske veiledningsdokumenter er ikke definert¹⁵. Utkastet til produktspesifikke veiledningsdokumenter utstedt av FDA for jernkarbohydratkomplekser foreslår DLS som en prosedyre for å evaluere størrelsen og størrelsesfordelingen av oppfølgingsprodukter^16,17.

Flere publikasjoner har detaljert etablerte DLS-protokoller for å bestemme IS nanopartikkeldimensjoner^13,18. Men fordi prøvepreparering, prosedyrebetingelser, instrumentering og instrumenteringsinnstillingsparametere er forskjellige blant de publiserte metodene, kan DLS-resultatene ikke sammenlignes direkte i fravær av en standardisert metode for å tolke resultatene^13,18. Mangfoldet i metoder og datarapporteringsmetoder begrenser hensiktsmessig evaluering av disse karakteristika for komparative formål¹⁹. Det er viktig at mange av DLS-protokollene som tidligere er publisert for å evaluere IS, ikke tar hensyn til effekten av diffusjonen av sukrose i suspensjonen på grunn av tilstedeværelsen av fri sukrose, som har vist seg å spuriously heve Z-gjennomsnittsberegnede hydrodynamiske radier av nanopartiklene i kolloidale løsninger^13,18. Denne protokollen tar sikte på å standardisere metodikken for måling av partikkelstørrelse og fordeling av IS. Metoden er utviklet og validert for dette formålet.

Protocol

1. Betjening av maskinen Starte opp maskinen og programvarenMERK: Tilleggsfigur S1A-D beskriver trinnene for å starte maskinen og programvaren.Slå på instrumentet minst 30 minutter før du starter målingene, og start deretter PCen. Dobbeltklikk på instrumentprogramvareikonet for å starte programmet. Skriv inn brukernavn og passord i påloggingsvinduet. Sørg for at hver bruker har sin egen konto. Vent til alle …

Representative Results

Den beskrevne metoden ble validert i henhold til ICH Q2(R1)20, som innebar måling av testløsninger under varierende forhold. Presisjonen var bare 0,5 % RSD for Z-gjennomsnittsstørrelsen, mens maksimalt 3,5 % RSD ble beregnet for PDI. De gjennomsnittlige resultatene fra forskjellige analytikere og dager varierte bare med 0,4% for Z-gjennomsnittsstørrelsen og 1,5% for PDI. Statistikken ble beregnet ut fra 12 målinger utført av to analytikere på varierende dager. Verken endringer i testkonsent…

Discussion

DLS har blitt en grunnleggende analyse for bestemmelse av størrelses- og størrelsesfordelingen av nanopartikler for applikasjoner i legemiddelutvikling og regulatorisk evaluering. Til tross for fremskritt innen DLS-teknikker, eksisterer det fortsatt metodiske utfordringer med hensyn til fortynningsmiddelvalg og prøvepreparering, som er spesielt relevante for jernkarbohydratkomplekser i kolloidale løsninger. Det er viktig at DLS-metoder for jernkarbohydrat nanomedisiner ennå ikke har blitt studert grundig i det biolo…

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