Fabbricazione di concentrato, ossigeno a base di lipidi microbolle emulsioni da High Shear omogeneizzazione e concentrazione seriale

Summary

Descriviamo metodi per la produzione di grandi volumi di base di lipidi microbolle ossigeno (LOMS) progettati per la consegna di ossigeno endovenosa utilizzando high-shear omogeneizzazione e concentrazione seriale.

Abstract

Microbolle di gas sono stati sviluppati come contrasto ecografico e agenti di consegna della droga. Le microbolle possono essere prodotti dalla lavorazione di tensioattivi mediante sonicazione, agitazione meccanica, dispositivi microfluidici, o omogeneizzazione. Recentemente, a base di lipidi microbolle di ossigeno (LOMS) sono stati progettati per fornire ossigeno per via endovenosa durante le emergenze mediche, invertendo pericolo di vita ipossiemia, e prevenire lesioni a organi, arresto cardiaco e morte. Vi presentiamo i metodi per la produzione in scala-up di microbolle altamente ossigenati utilizzando un circuito chiuso ad alta-shear omogeneizzatore. Il processo può produrre 2 L di LOMS concentrati (90% in volume) in 90 min. Bolle risultanti hanno un diametro medio di circa 2 micron, e un profilo reologico coerente con quella del sangue quando diluito al 60% in volume. Questa tecnica produce LOMS a capacità elevata e con la purezza di ossigeno, suggerendo che questa tecnica può essere utile per laboratori di ricerca traslazionale.

Introduction

Microbolle composto da proteine, polimero, e conchiglie lipidi sono stati sviluppati come vettori per il drug delivery, terapia genica, e mezzi di contrasto ecografici ^1-5. Poiché questi usi terapeutici richiedono intravascolare persistenza microbolle, tali microbolle sono comunemente pieni di inerti, alti gas peso molecolare come perfluorocarburi ^6, che hanno bassa solubilità nel sangue e stabilizzano il ^3,4 bolla.

Recentemente, a base di lipidi microbolle di ossigeno (LOMS) sono stati progettati per fornire dosi terapeutiche di ossigeno, che può preservare la consegna di ossigeno d'organo e prevenire instabilità emodinamica durante i periodi di ostruzione delle vie aeree o ipossiemia ^7. Emulsioni progettati per la consegna di gas endovenosa richiedono diverse caratteristiche di design rispetto a quelli utilizzati per gli agenti di contrasto ecografici o somministrazione di farmaci mirati. In primo luogo, perché il corpo consuma grandi quantità di gas ossigeno (~ 200 ml / min), LOMS devono essere prodotti einiettato su larga scala. Ciò richiede che il processo di fabbricazione sia efficiente. In secondo luogo, il processo di fabbricazione deve essere a circuito chiuso per evitare la contaminazione azoto attraverso l'esposizione di LOMS (che deve essere riempito con 100% di ossigeno) all'aria ambiente. Terzo, poiché lo scopo di LOMS è consegna gas endovenosa, la frazione di gas LOMS dovrebbe essere massimizzata, riconoscendo i limiti imposti dalla emulsione viscosità ^7. Infine, come con qualsiasi iniettabili per via endovenosa, un controllo preciso sulla distribuzione granulometrica è essenziale per evitare l'ostruzione microvascolare ^8.

Ci sono diversi metodi stabiliti per la produzione di microbolle. Sonicazione utilizza alta intensità, ultrasuoni a bassa frequenza applicato all'interfaccia aria-liquido di una emulsione che comprende un tensioattivo, come ad esempio un fosfolipide anfipatica, in presenza di un gas spazio di testa per produrre microbolle ^7,9. Questo processo è controllabile variando ultrafrequenza del suono, potenza e durata dell'impulso, e la distribuzione granulometrica risultante possono essere adattate per produrre microbolle di una specifica distribuzione dimensione, anche se sonicazione è raramente usato nella fabbricazione di microbolle clinicamente utilizzati. Fusione è l'agitazione meccanica intenso di un tensioattivo e gas in un sistema chiuso, che è anche difficile da scalare fino a grandi volumi ^2. Microfluidica basata su Droplet permette un controllo preciso della distribuzione delle dimensioni di microbolle ^10-13. Anche se tradizionalmente difficili da scalare, multi-canale, microfluidica ad alta velocità sono stati descritti che aumentano l'efficienza di produzione di microbolle ^13. Le microbolle fabbricati utilizzando uno di questi metodi possono richiedere processi formato di riduzione post-produzione, come frazionamento centrifuga ^14,15 e microbolle galleggiamento ^16,17.

Un altro metodo stabilito per la fabbricazione di microbolle altamente stabili è homogeniz shearzione ^6, che può risultare in una stabilizzazione reticolo esagonale fosfolipide sulla superficie di microbolle ^18. Basandosi su questo concetto, si descrive l'incorporazione di un taglio elevato omogeneizzatore in-linea per creare auto-assemblaggio LOMS ^19. In questo processo, l'omogeneizzatore utilizza lame a rapida rotazione in prossimità doppio sottili schermi emulsor maglia, creando alto taglio meccanico ed idraulico per la creazione di microbolle. Concentrazione Serial dell'emulsione lipidica attraverso questo sistema produce una frazione di gas sempre più concentrata, che può essere ulteriormente concentrato mediante centrifugazione.

Protocol

1. System Set-up Il sistema è costituito da un'azienda e concentrando serbatoio (HCT) dotato di un miscelatore stadio, un taglio elevato omogeneizzatore in-linea, una pompa a rulli per spostare fluido tra l'HCT e l'omogeneizzatore, e uno scambiatore di calore (Figura 1). Posizionare un sterilizzato, bocca larga 4 L recipiente di raccolta di vetro munito di 2 porte base e 3 porte laterali sotto il mixer a singolo stadio. Abbassare la testa del mixer al…

Representative Results

Alta omogeneizzazione taglio permette efficiente (cioè entro un pomeriggio) la produzione di LOMS sufficienti per uno studio sugli animali e non richiede competenze tecniche. Una volta abile, fino a 2 L di LOMS concentrati può essere fabbricato in 90 min. Dimensioni microbolle e la morfologia è stata valutata mediante microscopia ottica e oscuramento della luce. Quando è stato visualizzato un campione di 10 microlitri di LOMS, sono stati notati LOMS sferici, nonché una scarsit?…

Discussion

I passi più importanti per la creazione, LOMS altamente ossigenati concentrate le seguenti: 1) garantire che lo spazio di testa all'interno del HCT rimane completamente ossigenato; 2) garantire che la purezza degli eccipienti lipidi è ottimale (comprese le condizioni di conservazione e utilizzo dei prodotti GMP); 3) garantire che i lipidi polvere mescolano completamente con la fase acquosa prima di innesco del sistema; e 4) prestando attenzione all'aumento della frazione di gas all'interno del HCT per gara…

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