La nanomedicina è uno degli ambiti applicativi più promettenti nel campo del drug delivery, con il potenziale di aiutare a superare i vincoli degli approcci formulativi convenzionali, e di trovare applicazioni per lo sviluppo di nuove terapie e prodotti farmaceutici.
I nanomateriali sintetici come i liposomi, le nanoparticelle lipidiche (LNP) e le nanoparticelle polimeriche possono essere utilizzate in vari modi per migliorare la solubilità, la stabilità e la biodisponibilità di vari principi attivi farmaceutici (API). Questo, a sua volta, può aumentare il trasporto degli API attraverso le membrane cellulari, può prolungarne il tempo di circolazione in-vivo e migliorarne l’efficacia e la sicurezza.
A causa dell’ampio range di complesse proprietà fisico-chimiche degli API, che spaziano dai composti farmacologici di piccole dimensioni agli acidi nucleici e proteine, un processo flessibile di generazione di nanoparticelle risulta vantaggioso per consentire la formazione di diversi tipi di particelle in funzione dell’API utilizzato e delle proprietà desiderate.
Il Sunshine di Unchained Labs offre un approccio microfluidico automatizzato che permette di sviluppare e ottimizzare protocolli di sintesi di nanoparticelle su piccoli volumi (pochi millilitri) per una vasta gamma di materiali e strutture di particelle, così come avere la capacità di scalare la produzione in modo continuo (decine di litri al giorno), per somministrazioni precliniche.
Nel corso degli ultimi decenni sono state prodotte nanoparticelle a base lipidica (inclusi liposomi, lipoplexes, LNP) e nanoparticelle (NP) di vari polimeri, metalli e ossidi grazie a metodi in-batch come l’idratazione di film sottili, la sonicazione e la nanoprecipitazione. Tuttavia, queste tradizionali tecniche sono laboriose e spesso implicano il processamento di grandi volumi. Inoltre, presentano una bassa consistenza inter-lotto in termini di dimensioni delle particelle, morfologia ed efficienza di incapsulamento, tutti parametri importanti per l’efficacia della formulazione finale del farmaco.
Al contrario, utilizzando la tecnologia microfluidica per combinare reagenti in una geometria di miscelazione precisa, utilizzando flussi laminari stabili e altamente controllati, la chimica di reazione è altamente controllata e porta alla formazione di NP con una consistenza significativamente aumentata. Mediante un approccio che sfrutta la focalizzazione idrodinamica del flusso, il tempo di reazione per la sintesi delle NP, e quindi la dimensione/morfologia delle particelle stesse, può essere regolata in modo preciso e riproducibile semplicemente variando la portata dei reagenti nel chip microfluidico (Sunny).
Gli ultimi anni hanno visto un rapido incremento nella ricerca e sviluppo di nanomedicine utilizzando nanoparticelle come le LNP per sviluppare vaccini e terapie avanzate, con la microfluidica come tecnica principale largamente adottata per la loro sintesi (figura 1). Tuttavia, precedenti tecnologie microfluidiche disponibili sul mercato richiedevano agli utenti di dedicare una notevole quantità di tempo per condurre le sintesi, spesso utilizzando grandi volumi di reagenti e materiali di consumo ad elevato costo.
Figura 1
Per accelerare in modo significativo lo sviluppo di nanofarmaci, i ricercatori necessitano di metodi di produzione di nanoparticelle affidabili, efficienti e a basso costo, che permettano inoltre di lavorare in maniera flessibile con un ampio range di materiali.
La tecnologia microfluidica all’avanguardia di Unchained Labs è utilizzata nel Sunshine per produrre nanoparticelle omogenee e riproducibili. Con il Sunshine gli utenti possono controllare il Flow Rate Ratio (FRR), il Total Flow Rate (TRR), il volume di precursore, il volume di raccolta del campione e una diluizione in linea opzionale per consentire la formazione controllata, riproducibile e monodispersa di varie nanoparticelle. Il Sunshine non solo riduce i costi dei consumabili, ma fornisce un sistema che è compatibile con un ampio range di reagenti e solventi.
Questa nota applicative dimostra come il Sunshine può lavorare in modo flessibile con molteplici tipologie di materiali per produrre nanomateriali da utilizzare nello sviluppo di nanofarmaci. Varie nanoparticelle sono sintetizzate utilizzando PLGA, due distinte formulazioni liposomiali, e due formulazioni di LNP contenenti mRNA. Le particelle prodotte hanno dimensioni tra i 20 nm e i 150 nm, con un indice di polidispersione (PDI) < 0.2, e mostrano un’efficienza di incapsulamento superiore al 90%. Questo lavoro dimostra che essere in grado di controllare e variare con precisione il FRR, il TRR e i gradi della diluizione dei reagenti è fondamentale per caratterizzare e ottimizzare al meglio la sintesi di nanoparticelle, e il Sunshine è lo strumento ideale per raggiungere questo obiettivo.
