تحليل تشتت الضوء الديناميكي لتحديد حجم الجسيمات لمجمعات الحديد والكربوهيدرات
Summary
برز تشتت الضوء الديناميكي (DLS) كاختبار مناسب لتقييم حجم الجسيمات وتوزيع مجمعات الكربوهيدرات الحديدية التي يتم إعطاؤها عن طريق الوريد. ومع ذلك ، تفتقر البروتوكولات إلى التوحيد وتحتاج إلى تعديل لكل مركب من الحديد والكربوهيدرات يتم تحليله. يصف هذا البروتوكول التطبيق والاعتبارات الخاصة لتحليل سكروز الحديد.
Abstract
تستخدم مجمعات الجسيمات النانوية التي تدار عن طريق الوريد من الحديد والكربوهيدرات على نطاق واسع لعلاج نقص الحديد. تشمل هذه الفئة العديد من معقدات الجسيمات النانوية غير المتجانسة هيكليا ، والتي تظهر حساسية متفاوتة للظروف المطلوبة للمنهجيات المتاحة لتوصيف هذه العوامل فيزيائيا وكيميائيا. حاليا ، لم يتم تحديد سمات الجودة الحرجة لمجمعات الحديد والكربوهيدرات بشكل كامل. برز تشتت الضوء الديناميكي (DLS) كطريقة أساسية لتحديد حجم الجسيمات السليمة وتوزيعها. ومع ذلك ، لا تزال هناك تحديات فيما يتعلق بتوحيد المنهجيات عبر المختبرات ، والتعديلات المحددة المطلوبة لمنتجات الحديد والكربوهيدرات الفردية ، وكيف يمكن وصف توزيع الحجم على أفضل وجه. الأهم من ذلك ، يجب توحيد التخفيفات المخففة والتسلسلية المستخدمة. يحد التباين الواسع في مناهج إعداد العينات والإبلاغ عن البيانات من استخدام DLS لمقارنة عوامل الحديد والكربوهيدرات. هنا ، نقوم بتفصيل بروتوكول قوي وسهل التكرار لقياس حجم وتوزيع حجم مركب الحديد والكربوهيدرات ، سكروز الحديد ، باستخدام مؤشر Z-average و polydispersity.
Introduction
سكروز الحديد (IS) هو محلول غرواني يتكون من جسيمات نانوية تتكون من مركب من نواة الحديد أوكسي هيدروكسيد متعدد النوى والسكروز. يستخدم IS على نطاق واسع لعلاج نقص الحديد بين المرضى الذين يعانون من مجموعة واسعة من حالات المرض الكامنة الذين لا يتحملون مكملات الحديد عن طريق الفم أو الذين لا يكون الحديد الفموي فعالالهم 1. ينتمي IS إلى فئة الأدوية من الأدوية المعقدة على النحو المحدد من قبل إدارة الغذاء والدواء (FDA) ، وهي فئة من الأدوية ذات الكيمياء المعقدة تتناسب مع البيولوجيا2. قد يتطلب التقييم التنظيمي لمنتجات الأدوية المعقدة طرقا فيزيائية كيميائية متعامدة إضافية و / أو دراسات قبل السريرية أو السريرية لمقارنة الأدوية المعقدة اللاحقة بدقة 3,4. هذا مهم لأن العديد من الدراسات أفادت بأن استخدام IS مقابل منتج IS للمتابعة لا ينتج عنه نفس النتائج السريرية. وهذا يؤكد أهمية استخدام تقنيات التوصيف الجديدة والمتعامدة المناسبة للكشف عن الاختلافات في الخصائص الفيزيائية والكيميائية بين منتجات نظم المعلومات 5,6.
إن التوضيح الدقيق لحجم وحجم توزيع IS له أهمية سريرية ، حيث أن حجم الجسيمات هو عامل مؤثر رئيسي في معدل ومدى opsonization – الخطوة الحاسمة الأولى في التوزيع الحيوي لهذه الأدوية المعقدة 7,8. حتى الاختلافات الطفيفة في حجم الجسيمات وتوزيع حجم الجسيمات كانت مرتبطة بالتغيرات في الملف الدوائي لمجمعات جسيمات أكسيد الحديدالنانوية 9,10. أظهرت دراسة حديثة أجراها Brandis et al. أن حجم الجسيمات المقاسة بواسطة DLS كان مختلفا بشكل كبير (14.9 نانومتر ± 0.1 نانومتر مقابل 10.1 نانومتر ± 0.1 نانومتر ، p < 0.001) عند مقارنة دواء مرجعي مدرج ومنتج غلوكونات حديدي الصوديوم العام ،على التوالي 11. تعتمد الجودة المتسقة من دفعة إلى أخرى وسلامة وفعالية منتجات كربوهيدرات الحديد كليا على توسيع نطاق عملية التصنيع ، ويجب مراعاة انحراف التصنيع المحتمل بعناية9. قد تؤدي عملية التصنيع إلى السكروز المتبقي ، وسيختلف ذلك بناء على الشركة المصنعة12. يمكن أن تؤدي أي تعديلات في متغيرات عملية التصنيع إلى تغييرات كبيرة في المنتج الدوائي المعقد النهائي فيما يتعلق بالهيكل والاستقرار المعقد والتخلص في الجسم الحي 9.
لتقييم اتساق الدواء والتنبؤ بسلوك الدواء في الجسم الحي ، هناك حاجة إلى منهجيات تحليلية متعامدة معاصرة لتحديد الخصائص الفيزيائية والكيميائية للأدوية النانوية المعقدة. ومع ذلك، هناك نقص في توحيد المنهجيات، مما قد يؤدي إلى درجة عالية من التباين بين المختبرات في الإبلاغ عن النتائج13. وعلى الرغم من اعتراف السلطات التنظيمية العالمية والمجتمع العلمي بهذهالتحديات14، فإن معظم الخصائص الفيزيائية والكيميائية لنظم المعلومات لا تزال غير محددة بشكل جيد، ولم يتم تحديد المجموعة الكاملة من سمات الجودة الحرجة في سياق وثائق التوجيه التنظيمي المتاحة15. تقترح مسودة وثائق التوجيه الخاصة بالمنتج الصادرة عن إدارة الغذاء والدواء الأمريكية (FDA) لمجمعات الحديد والكربوهيدرات DLS كإجراء لتقييم توزيع حجم وحجم منتجات المتابعة16,17.
قامت العديد من المنشورات بتفصيل بروتوكولات DLS المعمول بها لتحديد أبعاد الجسيمات النانوية IS13,18. ومع ذلك ، نظرا لأن إعداد العينة وظروف الإجراء والأجهزة ومعلمات إعداد الأجهزة تختلف بين الطرق المنشورة ، لا يمكن مقارنة نتائج DLS مباشرة في حالة عدم وجود طريقة موحدة لتفسير النتائج13,18. ويحد التنوع في المنهجيات ونهج الإبلاغ عن البيانات من التقييم المناسب لهذه الخصائص لأغراض المقارنة19. الأهم من ذلك ، أن العديد من بروتوكولات DLS المنشورة سابقا لتقييم IS لا تأخذ في الاعتبار تأثير انتشار السكروز في التعليق بسبب وجود السكروز الحر ، والذي ثبت أنه يرفع بشكل زائف نصف قطر الهيدروديناميكي المحسوب Z للجسيمات النانوية في المحاليل الغروية13,18. يهدف هذا البروتوكول إلى توحيد منهجية قياس حجم الجسيمات وتوزيع IS. تم تطوير الطريقة والتحقق من صحتها لهذا الغرض.
Protocol
Representative Results
Discussion
أصبح DLS مقايسة أساسية لتحديد حجم وحجم توزيع الجسيمات النانوية للتطبيقات في تطوير الأدوية والتقييم التنظيمي. على الرغم من التقدم في تقنيات DLS ، لا تزال هناك تحديات منهجية فيما يتعلق باختيار المواد المخففة وإعداد العينات ، والتي تعتبر ذات صلة خاصة بمجمعات الحديد والكربوهيدرات في المحاليل ا…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
اي
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).
