Onderzoekers ontwikkelen een schaalbare methode voor precieze productie van geneesmiddelenafgifte

Onderzoekers van de NYU Tandon School of Engineering hebben een nieuwe methode ontwikkeld voor het creëren van microscopische capsules voor geneesmiddelen die een fundamentele uitdaging aangaan in farmaceutische productie.

De techniek, sequentiële nanoprecipitatie (SNAP) genoemd, pakt de aanhoudende moeilijkheid aan van het produceren van uniforme, nauwkeurige grootte -deeltjes van geneesmiddelen op industriële schalen. Huidige methoden bieden uitstekende controle, maar kunnen alleen kleine batches maken, of kunnen grote hoeveelheden produceren, maar met minder precisie, een afweging die de ontwikkeling van geavanceerde geneesmiddelenafgiftesystemen heeft beperkt.

Het onderzoek, gepubliceerd in ACS Engineering Augaat deze uitdaging aan en vormt een belangrijke vooruitgang in de voortdurende missie van Nathalie Pinkerton om universele medicijnafgiftesystemen te ontwikkelen. De krant werd geselecteerd als de keuze van een ACS -editors en benadrukte artikelen met potentieel voor breed publieke belangstelling.

Na eerder gewerkt te hebben in Pfizer’s Oncology Research Unit die nieuwe nanomedicines ontwikkelde voor solide tumoren, Pinkerton-nu een universitair docent in de afdeling Chemical and Biomolecular Engineering (CBE) van NYU Tandon’s Chemolecular Engineering (CBE)-focussen over het creëren van schaalbare oplossingen die kunnen “kunnen vertalen van de laboratoriumbank naar het bed van de patiënt.”

Het nieuwe onderzoek verplaatst Snap van een veelbelovend proof-of-concept naar een voorspelbaar productieproces door het fundamentele begrip te bieden dat nodig is om deeltjeseigenschappen systematisch te regelen.

“Het is alsof je probeert consequent de perfecte koekjes te maken,” zei Pinkerton, de senior auteur van de krant. “Je kunt een dozijn consistente koekjes maken in een kleine partij in je keuken, maar wanneer je probeert om duizend koekjes in één grote partij te maken, ontstaan uitdagingen. Het deeg zal niet goed mengen; sommige koekjes branden en anderen die worden ondergebracht. Je moet het proces heroverwegen om dezelfde heerlijke cookies op grotere schaal te krijgen.”

Microdeeltjes van geneesmiddelenafgifte (capsules van ongeveer een duizendste van de breedte van een menselijk haar) worden al gebruikt in verschillende door de FDA goedgekeurde behandelingen, waaronder langwerkende formuleringen voor opioïde verslaving, schizofrenie en hartaandoeningen. Deze kleine voertuigen kunnen medicijnen inkapselen en ze in de loop van de tijd langzaam vrijgeven, waardoor de frequentie van injecties wordt verminderd en de naleving van de patiënt wordt verbeterd.

De onderzoekers vertoonden nauwkeurige controle over deeltjesgroottes variërend van 1,6 tot 3,0 micrometer, waarvan ze opmerken dat het ideaal is voor toepassingen voor het leveren van inhalatie. Grootte is een belangrijk kenmerk van de kwaliteit dat beïnvloedt hoe de deeltjes zich in het lichaam gedragen en hun medicatie vrijgeven.

Het SNAP-proces werkt door zorgvuldig georkestreerde mengen in kamers op millimeterschaal. In de eerste stap wordt een stroom die opgeloste geneesmiddelen- en kernpolymeermaterialen bevat snel gemengd met water, waardoor de materialen neerslaan en kleine kernen vormen. In de tweede stap, na een nauwkeurig gecontroleerde vertragingstijd, worden stabiliserende middelen toegevoegd om de groei te stoppen en de gewenste grootte vast te sluiten.

“Denk eraan als het gebruik van een startstoptimer,” zei Parker Lewis, hoofdauteur van de studie en een NYU Tandon Ph.D. kandidaat. “De eerste mixer begint deeltjesgroei en de tweede mixer stopt het op een nauwkeurige grootte door ze te coaten met een anti-aanbakoppervlak.”

Door de vertragingstijd tussen de twee mengstappen aan te passen, gemeten in milliseconden, kunnen de onderzoekers bepalen hoe groot de deeltjes groeien.

Wat Snap bijzonder belangrijk maakt, is het potentieel voor schaalbaarheid. Traditionele precisiemethoden zoals microfluïdica kunnen slechts kleine hoeveelheden deeltjes produceren – ongeveer 6 gram per uur. Industriële methoden zoals spraydrogen kunnen veel grotere hoeveelheden produceren, maar met slechte maatregeling. Snap, die in continue stroom werkt, demonstreerde productiesnelheden van 144 tot 360 gram microdeeltjes per uur in laboratoriumomstandigheden, met potentieel voor verdere opschaling met behulp van grotere mengapparatuur.

De onderzoekers gevalideerden hun aanpak door het succesvol inkapselen van itraconazol, een antischimmelmedicatie, het bereiken van 83-85% inkapselingsefficiëntie, wat betekent dat er tijdens het proces zeer weinig medicijn werd verspild.

De methode is met name waardevol voor de farmaceutische industrie omdat het een bekend knelpunt in de ontwikkeling van geneesmiddelen aanpakt. Veel veelbelovende concepten voor medicijnafgifte bereiken patiënten niet omdat ze niet consistent op commerciële schalen kunnen worden vervaardigd.

Voor patiënten kan het ultieme voordeel effectievere medicijnen zijn met minder bijwerkingen, geleverd door handiger behandelingsschema’s. De technologie moet zich bewijzen in grotere testen en uiteindelijk in klinische proeven, een proces dat enkele jaren zou kunnen duren.