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Optimización de los sistemas de administración de fármacos con nanopartículas mediante microfluidos

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Optimización de los sistemas de administración de fármacos con nanopartículas mediante microfluidos

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La encapsulación se usa a menudo en los sistemas de administración de fármacos para evitar que los compuestos se filtren antes de llegar al sitio objetivo, lo que permite una liberación retardada o sostenida. Sin embargo, con los métodos convencionales por lotes es difícil lograr la producción consistente y reproducible de partículas monodispersas que esesencial para la administración confiable de medicamentos y la eficacia terapéutica. Para superar este problema, los investigadores están utilizando un enfoque de microfluidos para ser pioneros en un método de fabricación autónomo para la producción de alto rendimiento de liposomas igualmente dispersos para la encapsulación de medicamentos.

La encapsulación del fármaco oculta un compuesto dentro de una vesícula rodeada por un recubrimiento que se descompone lentamente a medida que se transporta por el cuerpo para permitir la liberación controlada del fármaco, la medicación sostenida o la liberación del fármaco dirigida a un sitio específico. Se utiliza ampliamente en oncología e inmunologíapara superar las limitaciones de las formas de dosificación de fármacos químicos, como los efectos secundarios de la liberación repentina, la toxicidad e incluso el sabor y olor desagradables de algunos compuestos.influir en la eficacia terapéutica determinando cómo y cuándo se libera el compuesto. La quimioterapia, por ejemplo, requiere una administración extremadamente localizada de medicamentos, ya que una dispersión incorrecta puede hacer que el tratamiento sea ineficaz o producir efectos secundarios adversos debido a la toxicidad y potencia de los productos químicos utilizados.

vehículos versátiles


Por lo tanto, la entrega exitosa de medicamentos depende en gran medida
en su portador del fármaco y en la ruta de administración realizada. No importa qué tan novedoso y poderoso sea el fármaco, si se administra de manera deficiente y no se libera fármaco en el área objetivo prevista, resultará en una gran pérdida de investigación ydesarrollo de la droga.

Los liposomas, vesículas esféricas con al menos una bicapa de fosfolípidos, suelen ser el vehículo de elección para la administración de fármacos, como las vacunas. La pandemia de COVID-19 ha despertado recientemente un gran interés en los liposomas, como Pfizer BioNtech 1 y Moderna 2 las vacunas encapsulan el ARNm que codifica la proteína pico SARS-CoV-2 en nanopartículas lipídicas. El éxito de estas formulaciones se debe en gran parte a su extrema versatilidad y capacidad de transportar soluciones tanto acuosas como lipofílicas, o una combinación de las dos, alrededorel cuerpo al sitio objetivo, mientras lo protege de la degradación prematura. La composición química de los liposomas se puede alterar dependiendo de su modo de uso, y es posible la entrega específica del sitio objetivo con el marcado de moléculas pequeñas, aunque muy pocas químicas específicas hanllegó a la clínica. Al producir formulaciones liposomales, la consistencia de la composición de la membrana, la laminación, la distribución del tamaño y la estabilidad juegan un papel importante en el éxito de la encapsulación y liberación del fármaco y, por lo tanto, en la eficacia terapéutica. 3 Sin embargo, los métodos convencionales de preparación de liposomas a menudo están limitados por su pobre estandarización de la forma y el tamaño de los lípidos, los altos costos de fabricación y la variabilidad de lote a lote, lo que dificulta lograr una dispersión de partículas consistente y confiable.

enfoques obsoletos


Las técnicas por lotes, como la extrusión de membranas, la sonicación, la homogeneización y la congelación-descongelación, se utilizan a menudo para la encapsulación de fármacos. Aproximadamente 15 formulaciones de fármacos a base de liposomas han sido aprobadas para uso clínico en todo el mundo. 4 y casi todos se basan en el método de producción por lotes de película delgada, a pesar de que la técnica se caracteriza por rendimientos bajos, fabricación poco confiable de liposomas polidispersos y distribución de tamaño deficiente. Estas limitaciones requieren múltiples etapas posteriores de selección de tamaño para separar los liposomas deseados del resto del lote, lo que resulta en un desperdicio significativo, bajo rendimiento de partículas y baja eficiencia de encapsulación.

Microfluidics ofrece un método alternativo para el alto rendimiento y la producción continua de liposomas monodispersos para superar estas limitaciones. El proceso permite un control preciso sobre los flujos de fluidos y los parámetros de fabricación para ayudar a producir composiciones uniformes y confiables, eliminando la necesidad de etapas posteriores a la modificación oreducción de personal para aumentar la eficiencia y los rendimientos.

Microfluídicos para quimioterapia

Lograr la monodispersidad


Los investigadores han estado explorando recientemente el potencial de los microfluidos para optimizar las formulaciones de liposomas para fabricar sistemas de administración de fármacos PEGilados para aplicaciones terapéuticas. 5 Se cargó doxorrubicina, un potente agente quimioterapéutico soluble en agua que se usa en el tratamiento del cáncer de mama, en formulaciones liposomales mediante un enfoque de microfluidos, y las partículas resultantes se compararon con las producidas mediante el método tradicional de hidratación de película delgada. El compuesto fuecargados a través de mecanismos de carga de microfluidos activos y pasivos, y ambos lograron altas eficiencias de encapsulación de al menos el 80%. Las formulaciones liposomales resultantes fueron comparables en tamaño, estabilidad y capacidad de carga de fármaco a las formulaciones equivalentes preparadas utilizando el enfoque de película delgada, sin embargo,eran mucho más homogéneos en tamaño y estructura, y más tóxicos para las líneas celulares de cáncer de mama, lo que proporciona una mayor eficacia terapéutica. La configuración de microfluidos rápida y sencilla proporcionó un mayor control sobre los distintos parámetros de fabricación, para permitir ajustes en el tamaño de los liposomas mediante la alteración de la composición orgánicacomposición de fase, caudal total o relación de caudal.

Crédito: Annalisa Tirella, Universidad de Manchester.

Los investigadores también encontraron que la co-carga de doxorrubicina con umbeliprenina, un compuesto lipofílico que muestra una poderosa actividad antiinflamatoria y antitumoral, el uso de microfluidos aumentó aún más el control sobre el tamaño de las partículas y se agregó a la citotoxicidad de la formulación liposomal, sin afectarla liberación de doxorrubicina. El a formulación liposómica avanzada coencapsulada umbeliprenina lipofílica en la bicapa lipídica y doxorrubicina hidrofílica en el núcleo acuoso, logrando homogeneidad morfológica y de tamaño entre las formulaciones con mayor eficacia contra el cáncer de mama.

La facilidad de escalar


En un estudio de seguimiento, los investigadores optimizaron el enfoque de microfluidos para crear un método de fabricación de un solo paso para la producción de varias formulaciones liposomales con fosfatidilcolinas PC para el tratamiento del cáncer de mama. 6 Esto les permitió evaluar el impacto del uso de PC de diferentes longitudes en las características de los liposomas. El dispositivo de microfluidos les dio a los investigadores un mayor control sobre los parámetros fluídicos, permitiéndoles mantener una tasa de flujo constante mientras variaban sistemáticamente la configuración de la tasa de flujo total paraobtener formulaciones liposomales unilaminares monodispersas con un tamaño objetivo reproducible de 80-150 nm. Este protocolo controlado de un solo paso proporciona un método sencillo y asequible para la investigación de nanomedicinas futuras, ofreciendo la oportunidad de definir variables de manera confiable, así como una fácil ampliaciónsin ningún paso posterior a la modificación.

Investigación futura


En el futuro, los investigadores tienen como objetivo comprender más el proceso de producción autónoma de liposomas y optimizar el método de fabricación de varias partículas y fármacos modelo en otras aplicaciones biofarmacéuticas donde el tamaño controlado y las propiedades de la superficie son cruciales. Esto incluye centrarse en métodos para aumentar la cantidadde fármaco cargado y superar los peligros de la liberación por ráfagas a través del diseño inteligente de nanopartículas poliméricas. Los microfluidos han demostrado ser un método rápido, confiable y consistente para producir formulaciones liposomales monodispersas al permitir un mayor control sobre las variables que los métodos convencionales, transformando el futuro y la eficaciade encapsulación de fármacos.

Acerca de los autores :

Dr Annalisa Tirella es profesor en la Universidad de Manchester.
El Dr. Gurinder Vinner es un científico de aplicaciones senior de Dolomite Microfluidics. Es responsable de las actividades de aplicaciones de la marca con un gran interés en descubrir formas novedosas de aplicar los microfluidos. Tiene experiencia en microbiología y un doctorado en ingeniería química, lo que le permite salvar las brechas entre diferentes disciplinas. Su experiencia en la encapsulación de fagospara la industria farmacéutica, alimentaria y agrícola le permite comprender los desafíos del desarrollo de formulaciones y el uso de micro y nanopartículas para una entrega dirigida.

Referencias :

1. Los hechos sobre la vacuna Pfizer-BioNTech COVID-19. Pfizer. http://www.pfizer.com/news/hot-topics/the_facts_about_pfizer_and_biontech_s_covid_19_vaccine . Publicado en 2021. Consultado 14 th junio de 2021.
2. Aprobación reglamentaria de COVID-19 Vaccine Moderna. Agencia reguladora de productos médicos y sanitarios. http://www.gov.uk/government/publications/regulatory-approval-of-covid-19-vaccine-moderna/information-for-uk-recipients-on-covid-19-vaccine-moderna . Publicado el 19 de abril th 2021. Consultado 14 th junio de 2021.
3. Wang X, Liu J, Wang P, et al. Síntesis de biomateriales que utilizan tecnología de microfluidos. genes . 2018; 9 6: 283. doi: 10.3390 / genes9060283
4. Bulbake U, Doppalapudi S, Kommineni N, Khan W.Liposomales formulaciones en uso clínico: una revisión actualizada. farmacéutica . 2017; 9 2: 12. doi: 10.3390 / pharmaceutics9020012
5. Gkionis L, Campbell RA, Aojula H, Harris LK, Tirella A. Fabricación de formulaciones liposomales cargadas conjuntamente con fármacos dirigidas al cáncer de mama: influencia del método preparativo en las características de los liposomas y in vitro toxicidad. Int J Pharm . 2020; 590 : 119926. Doi: 10.1016 / j.ijpharm.2020.119926
6. Gkionis L, Aojula H, Harris LK, Tirella A. Fabricación asistida por microfluidos de liposomas basados ​​en fosfatidilcolina para la administración controlada de fármacos de quimioterapia Int J Pharm . 2021; 604 : 120711. Doi: 10.1016 / j.ijpharm.2021.120711

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