RU2637653C1 - Method for production of pharmaceutical compositions based on polymeric nanoparticles by microfluid technology - Google Patents
Method for production of pharmaceutical compositions based on polymeric nanoparticles by microfluid technology Download PDFInfo
- Publication number
- RU2637653C1 RU2637653C1 RU2016133019A RU2016133019A RU2637653C1 RU 2637653 C1 RU2637653 C1 RU 2637653C1 RU 2016133019 A RU2016133019 A RU 2016133019A RU 2016133019 A RU2016133019 A RU 2016133019A RU 2637653 C1 RU2637653 C1 RU 2637653C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- microreactor
- polyvinyl alcohol
- solution
- particles
- borosilicate glass
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61K—PREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
- A61K9/00—Medicinal preparations characterised by special physical form
- A61K9/14—Particulate form, e.g. powders, Processes for size reducing of pure drugs or the resulting products, Pure drug nanoparticles
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82B—NANOSTRUCTURES FORMED BY MANIPULATION OF INDIVIDUAL ATOMS, MOLECULES, OR LIMITED COLLECTIONS OF ATOMS OR MOLECULES AS DISCRETE UNITS; MANUFACTURE OR TREATMENT THEREOF
- B82B1/00—Nanostructures formed by manipulation of individual atoms or molecules, or limited collections of atoms or molecules as discrete units
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y5/00—Nanobiotechnology or nanomedicine, e.g. protein engineering or drug delivery
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Pharmacology & Pharmacy (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Public Health (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Biotechnology (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Medical Informatics (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- Epidemiology (AREA)
- Medicinal Preparation (AREA)
Abstract
Description
Уровень техникиState of the art
В современной науке и производстве нанотехнология представляет собой совокупность технологий и методик, позволяющих манипулировать отдельными атомами и молекулами в масштабе 1-100 нанометров в одном измерении. В практическом аспекте нанотехнология - это технологии производства устройств и их компонентов, необходимых для создания, обработки и манипуляции наночастицами.In modern science and production, nanotechnology is a combination of technologies and techniques that allow the manipulation of individual atoms and molecules on a scale of 1-100 nanometers in one dimension. In the practical aspect, nanotechnology is the technology for the production of devices and their components necessary for the creation, processing and manipulation of nanoparticles.
Инновационный метод микрофлюидной проточной технологии получения и функционализации наночастиц для медицинских и фармацевтических целей является частным случаем микрофлюидных технологий. Технически все сводится к замене стандартных реакторов (одного из основных видов оборудования на химических и фармацевтических производствах) на капиллярные. Основополагающее отличие микроструктурированных (капиллярных) реакторов от стандартных объемных заключается в ламинарности движения потоков флюидов (жидкости и газы).The innovative method of microfluidic flow technology for producing and functionalizing nanoparticles for medical and pharmaceutical purposes is a special case of microfluidic technologies. Technically, it all comes down to replacing standard reactors (one of the main types of equipment in chemical and pharmaceutical industries) with capillary ones. The fundamental difference between microstructured (capillary) reactors and standard volume reactors is the laminar motion of fluid flows (liquids and gases).
Ламинарность определяется безразмерной величиной - числом Рейнольдса, прямо пропорциональной диаметру капилляра, скорости потока и плотности жидкости и обратно пропорциональной вязкости. Опытные данные показывают, что при работе с жидкими средами со стандартными значениями плотности и вязкости возможно использование капилляров с внутренним диаметром до 4 мм, не превышая при этом критическое число Рейнольдса в 2300.Laminarity is determined by a dimensionless quantity — the Reynolds number, which is directly proportional to the diameter of the capillary, the flow rate and the density of the liquid, and inversely proportional to the viscosity. Experimental data show that when working with liquid media with standard values of density and viscosity, it is possible to use capillaries with an inner diameter of up to 4 mm, without exceeding a critical Reynolds number of 2300.
Исходя из этого, использование капилляров предопределяет практически идеальное смешение реагентов, обусловленное диффузией, а их конструктивные особенности позволяют так же варьировать значения давления и температуры внутренней среды. Малый объем и большая площадь поверхности дают возможность очень быстро подводить и отводить тепло к и от реактора, практически исключая явление температурного градиента в объеме находящейся в реакторе среды. Прочностные характеристики реакторов таковы, что значительное повышение давления (в 10 - 100 раз превышающее атмосферное) не приводит к разрушению реактора и к тому же не требует соблюдения общепринятых конструктивных и организационных мер безопасности, обязательных при эксплуатации сосудов под давлением.Proceeding from this, the use of capillaries predetermines an almost ideal mixture of reagents due to diffusion, and their design features allow the pressure and temperature of the internal medium to be varied in the same way. The small volume and large surface area make it possible to very quickly supply and remove heat to and from the reactor, practically eliminating the phenomenon of a temperature gradient in the volume of the medium in the reactor. The strength characteristics of the reactors are such that a significant increase in pressure (10 to 100 times higher than atmospheric) does not lead to the destruction of the reactor and, moreover, does not require the observance of generally accepted structural and organizational safety measures required when operating pressure vessels.
В отличие от турбулентного смешения реагентов в объемном режиме, смешение в ламинарном потоке почти полностью исключает образование градиентов концентраций и температуры в объеме и времени. Идеальное диффузионное смешение предопределяет высокую избирательность и чистоту реакции, и, как следствие, значительное снижение образования побочных и промежуточных продуктов. В случае, когда химических превращений в реакторе не происходит, описанные выше преимущества можно использовать для получения, например, наночастиц полимеров с однородным фракционным составом и высоким выходом готового продукта при минимизации трудозатрат (А. Гербст, В.В. Шудегов, Р.Ф. Яруллин, Л. Наземцева. Нанотехнология и микрореакторы - параллели в развитии. // Био- и нанотехнологии, №3 (16) май 2012, С. 78-88.) [1].In contrast to turbulent mixing of reagents in volumetric mode, mixing in a laminar flow almost completely eliminates the formation of concentration and temperature gradients in volume and time. Ideal diffusion mixing predetermines high selectivity and purity of the reaction, and, as a result, a significant reduction in the formation of by-products and intermediates. In the case when chemical transformations do not occur in the reactor, the advantages described above can be used to obtain, for example, polymer nanoparticles with a uniform fractional composition and high yield of the finished product while minimizing labor costs (A. Gerbst, V.V. Shudegov, R.F. Yarullin, L. Nazemtseva, Nanotechnology and Microreactors - Parallels in Development // Bio- and Nanotechnologies, No. 3 (16) May 2012, P. 78-88.) [1].
Наиболее близок из известных способ получения полимерных микронных и субмикронных частиц с использованием микрофлюидных проточных технологий, приведенный в работе авторов Д.Р. Раимов, В.В. Суслов. ПОЛУЧЕНИЕ ПОЛИМЕРНЫХ МИКРОННЫХ И СУБМИКРОННЫХ ЧАСТИЦ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МИКРОФЛЮИДНЬ1Х ПРОТОЧНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ // Успехи в химии и химической технологии. ТОМ XXIX. 2015. №10, С. 118-119. [2].The closest known method for producing polymer micron and submicron particles using microfluidic flow technologies, given in the authors DR Raimov, V.V. Suslov PRODUCTION OF POLYMERIC MICRON AND SUBMICRON PARTICLES USING MICROFLUID FLOW TECHNOLOGIES // Advances in Chemistry and Chemical Technology. VOLUME XXIX. 2015. No. 10, pp. 118-119. [2].
Описывается получение частиц из сополимера молочной и гликолевой кислоты (массовое соотношение мономеров в полимере 50/50), в виде отдельных фракций, средний размер частиц в которых составляет от 0,7 до 4,5 микрон. Полученные частицы представляют интерес с точки зрения фармацевтической технологии, т.к. могут быть нагружены различными лекарственными веществами и после парентерального или энтерального введения в организм, действовать как препарат с регулируемым высвобождением.Describes how to obtain particles from a copolymer of lactic and glycolic acid (mass ratio of monomers in the
Способ состоит в том, что посредством микрофлюидной установки в проточный микрореактор (чип) одновременно подается водный 2,5% (масс.) раствор поливинилового спирта и 0,5% (масс.) раствор сополимера молочной и гликолевой кислоты в органическом растворителе, несмешиваемом или ограниченно смешиваемом с водой (хлороформ, хлористый метилен). Подбирая скорости подачи водной и неводной - органической фаз, достигалось получение эмульсии, после удаления летучего растворителя из которой получались частицы микронного и субмикронного размера. Данные, касающиеся условий получения частиц, описанных в источнике[2], приведены в таблице 1.The method consists in the fact that by means of a microfluidic installation, an aqueous 2.5% (mass.) Solution of polyvinyl alcohol and a 0.5% (mass.) Solution of a copolymer of lactic and glycolic acid in an organic solvent, immiscible or simultaneously, are fed into a flowing microreactor (chip) limited to miscibility with water (chloroform, methylene chloride). Selecting the feed rates of the aqueous and non-aqueous - organic phases, an emulsion was obtained, after removal of the volatile solvent from which micron and submicron particles were obtained. Data regarding the conditions for obtaining particles described in the source [2] are shown in table 1.
У описанного способа есть следующие недостатки:The described method has the following disadvantages:
- при получении частиц субмикронного размера резко падает выход частиц или, соответственно, возрастает объем раствора для упаривания;- upon receipt of particles of submicron size, the yield of particles sharply decreases or, accordingly, the volume of the solution for evaporation increases;
- используемые растворители ограниченно смешиваются с водой, что создает некоторые проблемы при упаривании;- used solvents are limitedly mixed with water, which creates some problems during evaporation;
- получаемые частицы субмикронного размера достаточно крупные, для практического применения предпочтительны частицы, средний размер которых составляет порядка 500 нм и менее.- the resulting particles of submicron size are large enough, for practical use, particles are preferred whose average size is about 500 nm or less.
Микрофлюидные технологии позволяют получать гетерогенные системы (эмульсии, суспензии) с частицами меньшего размера, но при этом необходимо обеспечить оптимальные условия в процессе формирования частицы в микрореакторе. В силу конструктивных особенностей микрореакторов соотношение площади контакта к объему реакционной смеси микрореакторов во много раз превышает площадь контакта в объемных реакторах. Удельная поверхность микроструктурных реакторов исчисляется значениями от 10000 до 50000 м2/м3, в то время как традиционных реакторов достигает максимально 100 м2/м3 [1]. Следовательно, необходимо принимать во внимание процессы, проходящие на границе раздела двух фаз (жидкость/жидкость, твердое тело/жидкость), где твердое тело - это не только формирующиеся частицы, но и стенка реактора. Влияние сил поверхностного натяжения и степень смачиваемости материала стенки реактора оказывают непосредственное влияние на форму, размер и фракционный состав получаемых частиц. Способы влияния на перечисленные выше факторы сводятся либо к введению в состав сред для получения частиц поверхностно-активных веществ (ПАВ), либо модификации поверхности стенки реактора. Также возможна и комбинация названных способов. В случае фармацевтической технологии, выбор ПАВ ограничивается веществами, разрешенными для применения на человеке.Microfluidic technologies make it possible to obtain heterogeneous systems (emulsions, suspensions) with smaller particles, but it is necessary to ensure optimal conditions in the process of particle formation in a microreactor. Due to the design features of microreactors, the ratio of the contact area to the volume of the reaction mixture of microreactors is many times greater than the contact area in volumetric reactors. The specific surface area of microstructural reactors is calculated from 10,000 to 50,000 m 2 / m 3 , while traditional reactors reaches a maximum of 100 m 2 / m 3 [1]. Therefore, it is necessary to take into account the processes taking place at the interface between the two phases (liquid / liquid, solid / liquid), where the solid is not only the forming particles, but also the wall of the reactor. The influence of surface tension forces and the degree of wettability of the material of the wall of the reactor have a direct effect on the shape, size and fractional composition of the resulting particles. Ways to influence the factors listed above are reduced either to the introduction of surfactants into the composition of the media to produce particles, or to modification of the surface of the reactor wall. A combination of these methods is also possible. In the case of pharmaceutical technology, the choice of surfactants is limited to substances approved for human use.
Одним из самых распространенных способов модификации поверхности стенки реакторов является ее гидрофобизация химическими методами. Подобные методы применимы и для микрореакторов, например из боросиликатного стекла. В работе Shui, L., van den Berg, A. and Eijkel. J.C.T. (2009) 'Interfacial tension controlled W/O and O/W 2-phase flows in microchannel', Lab Chip, 9:795-801 [3] описана типичная последовательность действий для получения такого покрытия. Получаемые покрытия считаются постоянными и несмываемыми. Процесс идет в несколько стадий, в результате которого на поверхности образуется слой, обладающий требуемыми свойствами. Вещество слоя и материал стенки при этом химически связаны между собой. В процессе обработки происходит замещение водорода в поверхностной -ОН группе на гидрофобный радикал. Реакция протекает по типу нуклеофильного замещения и схематически может быть представлена следующим образом:One of the most common methods for modifying the surface of a wall of reactors is its hydrophobization by chemical methods. Similar methods are applicable for microreactors, such as borosilicate glass. Shui, L., van den Berg, A. and Eijkel. J.C.T. (2009) 'Interfacial tension controlled W / O and O / W 2-phase flows in microchannel', Lab Chip, 9: 795-801 [3] describes a typical sequence of steps to obtain such a coating. The resulting coatings are considered permanent and indelible. The process proceeds in several stages, as a result of which a layer with the required properties is formed on the surface. The material of the layer and the wall material are chemically bonded to each other. During processing, hydrogen is replaced in the surface —OH group by a hydrophobic radical. The reaction proceeds as a nucleophilic substitution and can be schematically represented as follows:
-Si-ОН+Cl-Si-R→-Si-О-Si-R+HCl,-Si-OH + Cl-Si-R → -Si-O-Si-R + HCl,
где -Si-ОН - поверхность стенки стеклянного капилляра с гидроксидной группой;where -Si-OH is the wall surface of the glass capillary with a hydroxide group;
Cl-Si-R - какой-либо галогенированный органосилан, обладающий выраженными гидрофобными свойствами, например такой: C10H4Cl3F17Si (FDTS - перфторододецилтрихлорсилан, CAS# 78560-44-8).Cl-Si-R is any halogenated organosilane with pronounced hydrophobic properties, for example, C 10 H 4 Cl 3 F 17 Si (FDTS - perfluorododecyl trichlorosilane, CAS # 78560-44-8).
Последовательность действий для получения покрытия следующая:The sequence of actions for obtaining coverage is as follows:
1. Микрореактор промывается водой, остатки воды удаляются сушкой под вакуумом;1. The microreactor is washed with water, the remaining water is removed by drying under vacuum;
2. Микрореактор промывается изопропиловым спиртом, остатки спирта удаляются сушкой под вакуумом;2. The microreactor is washed with isopropyl alcohol, the remaining alcohol is removed by drying under vacuum;
3. Микрореактор промывается 30% раствором перекиси водорода, остатки перекиси водорода удаляются сушкой под вакуумом;3. The microreactor is washed with a 30% hydrogen peroxide solution, the remaining hydrogen peroxide is removed by drying under vacuum;
4. Микрореактор промывается 2% (или иной концентрации) раствором органохлорсилана в неполярном растворителе, например изооктане);4. The microreactor is washed with a 2% (or other concentration) solution of organochlorosilane in a non-polar solvent, for example isooctane);
5. Излишки органохлорсилана удаляются путем промывания раствором изооктана;5. Excess organochlorosilane is removed by washing with a solution of isooctane;
6. Микрореактор последовательно промывается изопропанолом и этанолом;6. The microreactor is washed sequentially with isopropanol and ethanol;
7. Микрореактор выдерживается под вакуумом при нагреве до 110°С для удаления остатков спиртов и выделившейся в процессе реакции соляной кислоты.7. The microreactor is kept under vacuum when heated to 110 ° C to remove residual alcohols and hydrochloric acid released during the reaction.
Описанный выше процесс применим только для поверхностей из стекла и помимо материала поверхности имеет ограничения, связанные с химической структурой прививаемого гидрофобного вещества.The process described above is applicable only to glass surfaces and, in addition to the surface material, has limitations associated with the chemical structure of the grafted hydrophobic substance.
Наиболее близким к микрофлюидным технологиям способами модификации поверхности микрореактора без образования химически связанного со стенкой реактора слоя, можно считать применяемые в методе капиллярного электрофореза способы покрытия внутренней поверхности капилляров поливиниловым спиртом. Сечение капилляров близко к сечениям микрореакторов, для их создания используются аналогичные материалы (стекло). Целью создания такого покрытия является уменьшение взаимодействия между материалом капилляра и анализируемым образцом (различные протеины, фрагменты ДНК и т.п.).The methods closest to microfluidic technologies for modifying the surface of a microreactor without the formation of a layer chemically bonded to the reactor wall can be considered the methods used for capillary electrophoresis to coat the inner surface of capillaries with polyvinyl alcohol. The capillary cross section is close to the cross sections of microreactors; similar materials (glass) are used to create them. The purpose of creating such a coating is to reduce the interaction between the capillary material and the analyzed sample (various proteins, DNA fragments, etc.).
В работе Analysis of Nucleic Acids by Capillary Electrophoresis [4] описан способ нанесения временного покрытия, который сводится к тому, что через капилляр пропускают 0,05% раствор поливинилового спирта (ПВС) в буферном растворе. Покрытие получается гидрофильным и отвечает предъявляемым к нему требованиям. С практической точки зрения оно будет нестойким и капилляр будет требовать повторной обработки раствором ПВС перед каждым анализом.Analysis of Nucleic Acids by Capillary Electrophoresis [4] describes a method for applying a temporary coating, which reduces to the fact that a 0.05% solution of polyvinyl alcohol (PVA) in a buffer solution is passed through a capillary. The coating is hydrophilic and meets the requirements for it. From a practical point of view, it will be unstable and the capillary will require re-treatment with a PVA solution before each analysis.
Способ нанесения постоянного покрытия из ПВС сводится к обработке капилляра 10% водным раствором ПВС с последующей иммобилизацией ПВС на поверхности капилляра в токе азота при 140°С в течение нескольких часов. Полученное покрытие считается постоянным и несмываемым. Оно не требует последующих обработок буферным раствором, содержащим ПВС перед каждым анализом [4].The method of applying a permanent coating of PVA is reduced to treating the capillary with a 10% aqueous solution of PVA followed by immobilization of the PVA on the surface of the capillary in a stream of nitrogen at 140 ° C for several hours. The resulting coating is considered permanent and indelible. It does not require subsequent treatments with a buffer solution containing PVA before each analysis [4].
Оба способа нанесения покрытия из ПВС не приводят к образованию химически связанного со стенкой капилляра покрытия, но в результате получается либо нестойкое, либо постоянное (трудноудаляемое) покрытие.Both methods of coating from PVA do not lead to the formation of a coating chemically bonded to the capillary wall, but the result is either an unstable or permanent (difficult to remove) coating.
Известны также способы получения химически связанного с поверхностью капилляра покрытия на основе ПВС (Tohei Moritani, Kyunghwan Yoon, Miriam Rafailovich, Benjamin Chu. DNAcapillary electrophoresis using polyvinyl alcohol. I. Inner capillary coating. Electrophoresis 2003, 24, 2764-2771) [5]. Схема его нанесения в целом повторяет описанную в работе [3] схему нанесения химически связанного гидрофобного покрытия. Отличие состоит в том, что добавляется стадия синтеза силанольного производного ПВС. Те же авторы показали возможность получения гидролитически стабильного в широком диапазоне рН покрытия стенки капилляра с более стабильной связью -Si-С-, получаемой с помощью реакции Гриньяра (Шабаров Ю. С.Органическая химия: В 2-х кн. - М.: Химия, 1994. - 352 с: ил.) [6]. Схема получения такого покрытия включает в себя отдельную стадию получения магний-галогенового производного ПВС.Also known are methods for producing a PVA-based coating chemically bonded to the surface of a capillary (Tohei Moritani, Kyunghwan Yoon, Miriam Rafailovich, Benjamin Chu. DNAcapillary electrophoresis using polyvinyl alcohol. I. Inner capillary coating. Electrophoresis 2003, 24, 2764-2771) [5] . The scheme of its deposition as a whole repeats the scheme of applying a chemically bound hydrophobic coating described in [3]. The difference is that the synthesis step of the silanol derivative of PVA is added. The same authors showed the possibility of obtaining a capillary wall coating hydrolytically stable over a wide pH range with a more stable —Si — С— bond obtained by the Grignard reaction (Shabarov Yu. S. Organic chemistry: In 2 books. - M .: Chemistry , 1994. - 352 s: ill.) [6]. The scheme for obtaining such a coating includes a separate stage for producing a magnesium-halogen derivative of PVA.
Из недостатков описанных способов получения покрытий стоит отметить высокую трудоемкость, невозможность последующего удаления покрытия и необходимость тщательной очистки микрореактора после получения покрытия от побочных продуктов реакции.Among the disadvantages of the described methods for producing coatings, it is worth noting the high complexity, the impossibility of subsequent removal of the coating and the need for thorough cleaning of the microreactor after receiving the coating from reaction by-products.
Таким образом, известные на сегодняшний день способы обработки внутренних поверхностей капилляров, применимые в т.ч. и в микрореакторных технологиях, сводятся либо к образованию неудаляемых химически связанных с материалом капилляра (способы пригодны только для стеклянных капилляров) покрытий, либо к формированию трудноудалимых покрытий путем выдержки капилляра длительное время в инертной атмосфере под действием повышенных температур, либо к формированию крайне нестойких покрытий, применение которых в случае работающей длительное время установки не оправдывает себя. Серьезным препятствием для образования химически связанных покрытий может служить материал микрореактора, который может быть изготовлен не только из стекла, но и из металлов и их сплавов [1].Thus, the currently known methods for processing the internal surfaces of capillaries, applicable including and in microreactor technologies, they come down either to the formation of non-removable capillaries chemically associated with the material (the methods are suitable only for glass capillaries) coatings, or to the formation of hard-to-remove coatings by holding the capillary for a long time in an inert atmosphere under the influence of elevated temperatures, or to the formation of extremely unstable coatings, the use of which in the case of a long-time installation does not justify itself. A serious obstacle to the formation of chemically bonded coatings can be the microreactor material, which can be made not only of glass, but also of metals and their alloys [1].
Для фармацевтического применения представляет интерес возможность нанесения умеренно-стойкого покрытия, которое не должно значительно разрушаться (смываться) в ходе технологического процесса, но при необходимости могло бы быть удалено доступными методами с использованием малотоксичных и легкоудаляемых в дальнейшем реактивов. Вторым важным фактором является простота и удобство нанесения такого покрытия без демонтажа микрореактора и без необходимости в последующем удалении побочных продуктов, образовавшихся в процессе формирования покрытия, т.к. такие продукты токсичны для организма человека и однозначно будут оказывать влияние на формирование наночастиц. При этом, выбор материалов для формирования покрытия крайне ограничен; наиболее перспективным с этой точки зрения по-прежнему остается ПВС в силу своих технологических свойств, биологической инертности и отсутствия токсических эффектов в применяемых дозах.For pharmaceutical applications, it is of interest to apply a moderately resistant coating, which should not be significantly destroyed (washed off) during the process, but if necessary, could be removed by available methods using low-toxic and easily removable reagents in the future. The second important factor is the simplicity and convenience of applying such a coating without dismantling the microreactor and without the need for subsequent removal of by-products formed during the formation of the coating, as such products are toxic to the human body and will definitely affect the formation of nanoparticles. Moreover, the choice of materials for coating formation is extremely limited; PVA remains the most promising from this point of view due to its technological properties, biological inertness and the absence of toxic effects in the doses used.
Исходя из вышеизложенного, задачей на которое направлено изобретение является разработка способа получения наночастиц методом микрофлюидной технологии, который подразумевает создание на стенке микрореактора покрытия без использования дополнительных реактивов и процессов, проведение которых является трудоемким, включает в себя длительные операции по нанесению покрытия и последующей очистки проточного микрореактора от остатков реактивов и побочных продуктов реакций, которые могут вызвать загрязнение получаемых частиц, при этом обеспечивается стабильность распределения размеров частиц относительно среднего значения, размер наночастиц в диапазоне 200-400 нм и исключение возможности агрегации частиц в процессе их образования.Based on the foregoing, the objective of the invention is to develop a method for producing nanoparticles using microfluidic technology, which involves creating a coating on the wall of a microreactor without the use of additional reagents and processes that are time-consuming, includes lengthy operations for coating and subsequent cleaning of a flow microreactor from residues of reagents and by-products of reactions that can cause contamination of the resulting particles, while effectiveness to the stability of particle size distribution relative to the average value, the size of nanoparticles in the range of 200-400 nm, and removing the possibility of aggregation of the particles during their formation.
Для этого предложен способ получения фармацевтических композиций на основе полимерных наночастиц методом микрофлюидной технологии, состоящий в пропускании через проточный микрореактор, выполненный из боросиликатного стекла, водного раствора, содержащего поливиниловый спирт и раствор в ацетоне или ацетонитриле этопозида или никлозамида и биодеградируемого полимера в виде сополимера молочной и гликолевой кислот с характеристической вязкостью 0,41-1,0 дл/г и молярным соотношением мономерных звеньев от 25 и 75 до 75 и 25% или его смесь с полиметилметакрилатом для медицинского применения Eudragit, при этом предварительно через проточный микрореактор из боросиликатного стекла пропускают водный раствор поливинилового спирта с концентрацией от 0,5 до 1% по объему в количестве 1-100 объемов микрореактора, нагретого до температуры 55-65°С с последующим охлаждением микрореактора до комнатной температуры.To this end, a method for producing pharmaceutical compositions based on polymer nanoparticles by the microfluidic technology is proposed, which consists in passing through a flow microreactor made of borosilicate glass, an aqueous solution containing polyvinyl alcohol and a solution in etone or acetonitrile of etoposide or niclosamide and a biodegradable polymer in the form of a milk and glycolic acid with a characteristic viscosity of 0.41-1.0 dl / g and a molar ratio of monomer units of 25 and 75 to 75 and 25%, or a mixture thereof with a polymer tilmethacrylate for medical use Eudragit, while an aqueous solution of polyvinyl alcohol with a concentration of 0.5 to 1% by volume in an amount of 1-100 volumes of a microreactor heated to a temperature of 55-65 ° C, followed by cooling, is preliminarily passed through a flowing microreactor from borosilicate glass microreactor to room temperature.
Кроме того:Besides:
- фармацевтическая композиция представляет собой готовую лекарственную форму в виде стерильных или нестерильных лиофилизатов для последующего растворения и получения суспензий для инъекций, или ингаляций, или таблеток, или капсул, или гранул, или аэрозолей, или порошков, или мазей.- the pharmaceutical composition is a finished dosage form in the form of sterile or non-sterile lyophilisates for subsequent dissolution and preparation of suspensions for injection, or inhalation, or tablets, or capsules, or granules, or aerosols, or powders, or ointments.
Технический результат достигается тем, что в технологический процесс получения наночастиц вводится дополнительная стадия обработки внутренней поверхности проточного микрореактора поверхностно-активным веществом, которое обладает высокойThe technical result is achieved by the fact that an additional stage of processing the inner surface of the flowing microreactor with a surface-active substance, which has a high
адгезией к поверхности проточного микрореактора и входит в состав фармацевтической композиции для получения наночастиц. Таким веществом может быть раствор поливинилового спирта в концентрациях от 0,5 до 1,0% по объему, который вводится в микрореактор до начала получения наночастиц и под действием повышенной температуры за счет адгезии создает на внутренней поверхности микрореактора приемлемое с точки зрения эксплуатационных свойств покрытие, которое при необходимости может быть удалено, фармацевтическая композиция помимо поливинилового спирта будет содержать этопозид, никлозамид или иные активные фармацевтические субстанции или их смеси, применяемый в фармацевтической практике биодеградируемый полимер полилактидгликолид (сополимер молочной и гликолевой кислот - PLGA) или иные аналогичные вещества, полиметиметакрилат (Eudragit), допущенный до медицинского применения или аналогичные вещества, Полученные указанным способом фармацевтические композиции как будет показано ниже имеют средний размер частиц в интервале от 200 до 400 нм.adhesion to the surface of the flow microreactor and is part of the pharmaceutical composition for producing nanoparticles. Such a substance can be a solution of polyvinyl alcohol in concentrations from 0.5 to 1.0% by volume, which is introduced into the microreactor before the start of nanoparticle production and under the influence of elevated temperature due to adhesion creates a coating on the inner surface of the microreactor that is acceptable from the point of view of operational properties, which, if necessary, can be removed, the pharmaceutical composition in addition to polyvinyl alcohol will contain etoposide, niclosamide or other active pharmaceutical substances or mixtures thereof, used in pharmaceutical practice, a biodegradable polylactide glycolide polymer (lactic acid glycolic acid copolymer - PLGA) or other similar substances, polymethimethacrylate (Eudragit), approved for medical use or similar substances. Pharmaceutical compositions obtained by the above method as shown below have an average particle size in the range from 200 to 400 nm.
На фиг. 1 представлены данные по распределению размеров частиц PLGA по объему (гистограмма). Кривая показывает относительное количество частиц, размеры которых находятся ниже указанного предела. Данные получены для микрореактора из боросиликатного стекла без какой-либо предварительной обработки.In FIG. Figure 1 presents data on the distribution of particle sizes of PLGA by volume (histogram). The curve shows the relative number of particles whose sizes are below the specified limit. Data obtained for a borosilicate glass microreactor without any pre-processing.
На фиг. 2 представлены данные по распределению размеров частиц PLGA по объему (гистограмма). Кривая показывает относительное количество частиц, размеры которых находятся ниже указанного предела. Данные получены для микрореактора из боросиликатного стекла через который предварительно пропускался раствор ПВС.In FIG. Figure 2 presents data on the distribution of particle sizes of PLGA by volume (histogram). The curve shows the relative number of particles whose sizes are below the specified limit. The data were obtained for a borosilicate glass microreactor through which a PVA solution was previously passed.
На фиг. 3 представлены данные по распределению размеров частиц PLGA по объему (гистограмма). Кривая показывает относительное количество частиц, размеры которых находятся ниже указанного предела. Данные получены для микрореактора из боросиликатного стекла который был обработан раствором ПВС предложенным способом.In FIG. Figure 3 presents data on the distribution of particle sizes of PLGA by volume (histogram). The curve shows the relative number of particles whose sizes are below the specified limit. The data obtained for the microreactor of borosilicate glass which was treated with a PVA solution by the proposed method.
На фиг.4 представлены данные по распределению размеров частиц, содержащих фармацевтическую композицию с этопозидом (гистограмма). Кривая показывает относительное количество частиц, размеры которых находятся ниже указанного предела. Наночастицы содержат этопозид в полимере-носителе PLGA 50/50. Для получения частиц использовалась микрофлюидная установка с реактором, прошедшим обработку внутренней поверхности ПВС.Figure 4 presents data on the distribution of particle sizes containing a pharmaceutical composition with etoposide (histogram). The curve shows the relative number of particles whose sizes are below the specified limit. Nanoparticles contain etoposide in a
На фиг. 5 представлены данные по распределению размеров частиц, содержащих фармацевтическую композицию с этопозидом (гистограмма). Кривая показывает относительное количество частиц, размеры которых находятся ниже указанного предела. Наночастицы содержат никлозамид в полимере-носителе PLGA 50/50 и Эудрагит (Eudragit RS РО). Для получения частиц использовалась микрофлюидная установка с реактором, прошедшим обработку внутренней поверхности ПВС.In FIG. 5 presents data on the size distribution of particles containing a pharmaceutical composition with etoposide (histogram). The curve shows the relative number of particles whose sizes are below the specified limit. The nanoparticles contain niclosamide in the
Проводилось изучение образования частиц в микрореакторе. В качестве полимера для получения ненагруженных частиц использовался сополимер полилактидгликолид (PLGA) с соотношением сополимеров молочной и гликолевой кислот 50/50. Готовились 1% (масс.) растворы в органическом растворите (ацетонитрил). Второй раствор - 1% (масс.) водный раствор ПВС. Известно, что получаемые с использованием названных растворов частицы отличаются однородным фракционным составом и приемлемым (малым) размером. Получаемые частицы перспективны с точки зрения их использования в медицине и фармации (А. Гербст, С.А. Кедик, Д.Р. Раимов, Е.С. Жаворонок, Е.А. Петрова, А.В. Панов, В.В. Суслов, Л. Гринер, Л. Наземцева. Микрореакторные системы для микроинкапсулирования в фармации. // Разработка и регистрация лекарственных средств- 2014. - Выпуск 4 (9). - С. 76-85.) [7]. В отличие от известного способа (Xie and Smith: Fabrication of PLGA nanoparticles with a fluidic nanoprecipitation system. Journal of Nanobiotechnology 2010 8:18) [8], для получения частиц использовалась микрореакторная установка Qmix (Wingflow AG, Швейцария), объем микрореактора 0,4 мл, материал - боросиликатное стекло. Скорость подачи жидких фаз подбиралась экспериментально. В описываемом опыте она составляла для 1% раствора ПВС - 1 мл/мин, для 1% раствора PLGA 50/50 - 0,1-0,2 мл/мин при сходном результате.A study was made of the formation of particles in a microreactor. As a polymer for the preparation of unloaded particles, a polylactide glycolide copolymer (PLGA) with a 50/50 ratio of lactic and glycolic acid copolymers was used. Prepared 1% (mass.) Solutions in an organic solution (acetonitrile). The second solution is 1% (mass.) Aqueous solution of PVA. It is known that particles obtained using the above solutions are distinguished by a homogeneous fractional composition and an acceptable (small) size. The resulting particles are promising from the point of view of their use in medicine and pharmacy (A. Gerbst, S.A. Kedik, D.R. Raimov, E.S. Zhavoronok, E.A. Petrova, A.V. Panov, V.V. Suslov, L. Griner, L. Nazemtseva Microreactor systems for microencapsulation in pharmacy. // Development and registration of medicines - 2014. - Issue 4 (9). - P. 76-85.) [7]. In contrast to the known method (Xie and Smith: Fabrication of PLGA nanoparticles with a fluidic nanoprecipitation system. Journal of Nanobiotechnology 2010 8:18) [8], the Qmix microreactor unit (Wingflow AG, Switzerland), the
Были получены частицы полимера, размер которых определялся методом лазерной дифракции света на приборе Zetasizer Nano (Malvern Instruments Ltd., Великобритания). Оценивались размер и распределение частиц по объему. На фиг. 1 показано типичное распределение для полученного образца. Обращают внимание наличие фракции микронного размера и тот факт, что 95% от общего объема частиц имеют размер менее 1090 нм. После промывания микрореактора водой и повторных опытов по получению частиц были получены сходные результаты, что указывает на систематически повторяющийся процесс, связанный со взаимодействием стенки микрореактора и поступающих в него растворов.Polymer particles were obtained, the size of which was determined by laser light diffraction using a Zetasizer Nano instrument (Malvern Instruments Ltd., United Kingdom). The size and distribution of particles by volume were estimated. In FIG. 1 shows a typical distribution for the obtained sample. The presence of a micron-sized fraction and the fact that 95% of the total particle volume are less than 1090 nm are noteworthy. After washing the microreactor with water and repeated experiments on obtaining particles, similar results were obtained, which indicates a systematically repeating process associated with the interaction of the wall of the microreactor and the solutions entering it.
Были изменены условия проведения опыта и раствор поливинилового спирта начинал подаваться в микрореактор раньше, чем раствор полимера в органическом растворителе. Таким образом преследовалась цель обеспечить предварительный контакт ПВС и последующую адгезию некоторого количества ПВС на стенке капилляра для уменьшения вероятности адгезии формирующихся полимерных частиц на стенке капилляра. Результаты представлены на фиг. 2. Полученный результат мало отличался от предыдущего, но было отмечено, что 95% частиц от общего объема имеют размер 870 нм, т.е. был зафиксирован сдвиг фракционного состава в сторону меньшего размера частиц как по среднему размеру, так и в совокупности.The experimental conditions were changed and the solution of polyvinyl alcohol began to be fed into the microreactor earlier than the solution of the polymer in an organic solvent. Thus, the aim was to provide preliminary contact of the PVA and subsequent adhesion of a certain amount of PVA on the capillary wall to reduce the likelihood of adhesion of forming polymer particles on the capillary wall. The results are shown in FIG. 2. The result obtained did not differ much from the previous one, but it was noted that 95% of the particles of the total volume are 870 nm in size, ie. a shift in the fractional composition towards a smaller particle size was recorded both in average size and in aggregate.
Опыты, где варьировались скорости подачи и концентрации растворов ПВС и полимера PLGA 50/50, показали, что очевидного решения данная проблема не имеет, т.к. налагаемые на технологический процесс ограничения зачастую непреодолимы, т.к. связаны с потерей стабильности многих активных фармацевтических субстанций при повышении температуры и падением вязкости жидких фаз, подаваемых в микрофлюидную установку (приводит к значительному укрупнению получаемых частиц). Так же были поставлены опыты с использованием в аналогичных условиях растворов полимера PLGA в другом органическом растворителе - ацетоне. Отличий в размерах полученных частиц от получаемых из раствора в ацетонитриле выявлено не было.Experiments where the feed rates and concentrations of PVA and
Был предложен способ получения фармацевтических композиций, включающий обработку внутренней поверхности микрореактора и не требующий его демонтажа. Способ заключается в том, что микрореактор обрабатывается применяемым для последующего получения наночастиц компонентом в определенных условиях. Были изучены растворы поливинилового спирта различных концентраций (от 0,5% до 2,5%) и результаты обработки ими внутренней поверхности реактора. Все перечисленные растворы использовались для обработки реактора аналогичным образом. Наилучшие результаты были получены для растворов с содержанием ПВС от 0,5 до 1,0%. Обработка сводилась к пропусканию через микрореактор растворов ПВС в объемах, от 10 до 100 объемов микрореактора при нагревании микрореактора до температуры 60°С. Нагревание выше указанной температуры сопряжено с риском нарушения тока жидкости через микрореактор по причине образования пузырьков газа (пара). Было установлено, что на результат влияет температура (с ростом температуры уменьшается время обработки). Скорость потока может оказывать влияние на результат при использовании растворов с концентрацией до 0,5% ПВС; для растворов ПВС с концентрацией свыше 1%, увеличение скорости потока свыше 1,5 мл/мин приводит к значительному росту давления в системе без каких-либо положительных эффектов, поэтому дальнейшее изучение растворов ПВС с более высокими концентрациями было признано нецелесообразным. Таким образом, были установлены оптимальные условия обработки микрореактора: концентрация раствора ПВС около от 0,5 до 1%, скорость подачи раствора от 0,5 до 1 мл/мин, нагрев до 60°С, время обработки 20-40 минут. Наличие модификации поверхности определялось через анализ размера получаемых частиц.A method for producing pharmaceutical compositions has been proposed, comprising treating the inner surface of the microreactor and not requiring dismantling it. The method consists in the fact that the microreactor is processed by the component used for the subsequent production of nanoparticles under certain conditions. Solutions of polyvinyl alcohol of various concentrations (from 0.5% to 2.5%) and the results of their treatment of the inner surface of the reactor were studied. All of these solutions were used to treat the reactor in a similar manner. The best results were obtained for solutions with a PVA content of from 0.5 to 1.0%. The processing was reduced to passing PVA solutions through the microreactor in volumes from 10 to 100 volumes of the microreactor when the microreactor was heated to a temperature of 60 ° C. Heating above this temperature is associated with a risk of disruption of fluid flow through the microreactor due to the formation of gas bubbles (steam). It was found that the result is affected by temperature (processing time decreases with increasing temperature). The flow rate can affect the result when using solutions with a concentration of up to 0.5% PVA; for PVA solutions with a concentration of more than 1%, an increase in the flow rate of more than 1.5 ml / min leads to a significant increase in pressure in the system without any positive effects; therefore, further study of PVA solutions with higher concentrations was considered impractical. Thus, the optimal conditions for processing the microreactor were established: the concentration of the PVA solution from about 0.5 to 1%, the feed rate of the solution from 0.5 to 1 ml / min, heating to 60 ° C, the processing time of 20-40 minutes. The presence of surface modification was determined through analysis of the size of the resulting particles.
Также отмечалось увеличение давления в системе при пропускании воды через обработанный микрореактор по сравнению с давлением, отмечавшимся при пропускании воды с той же скоростью потока через необработанный микрореактор. Было достоверно установлено, что после обработки микрореактора, давление пропускаемой через него воды возрастает в среднем от 0,05 бар для скоростей подачи 0,5-0,75 мл/мин до 0,075-0,1 бар для скорости подачи 2,5 мл/мин (табл. 2).Also, an increase in pressure in the system was noted during the passage of water through the treated microreactor compared with the pressure observed during the passage of water at the same flow rate through the untreated microreactor. It was reliably established that after processing the microreactor, the pressure of water passed through it increases on average from 0.05 bar for feed rates of 0.5-0.75 ml / min to 0.075-0.1 bar for a feed rate of 2.5 ml / min (table. 2).
Были получены ненагруженные полимерные наночастицы, и наночастицы содержащие активные фармацевтические субстанции. Получение наночастиц проиллюстрировано примерами фармацевтических композиций на основе наночастиц, содержащих активные фармацевтические субстанции, как имеющими практическую ценность.Unloaded polymer nanoparticles and nanoparticles containing active pharmaceutical substances were obtained. The preparation of nanoparticles is illustrated by examples of pharmaceutical compositions based on nanoparticles containing active pharmaceutical substances as having practical value.
Пример 1.Example 1
Получение полимерных форм этопозида с использованием микрофлюидной технологии.Obtaining polymer forms of etoposide using microfluidic technology.
Материалы:Materials:
- Раствор поливинилового спирта (Sigma-Aldrich) 0,5% или 1% (готовился непосредственно перед употреблением, фильтровался под вакуумом в горячем виде через фильтр из стекловолокна с размером пор 1 мкм).- A solution of polyvinyl alcohol (Sigma-Aldrich) 0.5% or 1% (prepared immediately before use, filtered under vacuum in hot form through a fiberglass filter with a pore size of 1 μm).
- Раствор этопозида (соответствует требованиям USP) и сополимера молочной и гликолевой кислот PLGA 50/50 («PURAC Biochemicals») в ацетоне (ч.д.а) или в ацетонитриле (ч.д.а). Содержание этопозида в растворе - 1 мг/мл (0,1%), содержание полимера PLGA 50/50 - 10 мг/мл (1%).- A solution of etoposide (meets USP requirements) and a copolymer of lactic and
Оборудование:Equipment:
Микрореакторная установка Qmix (Wingflow, Швейцария):Qmix microreactor installation (Wingflow, Switzerland):
Проточный микрореактор: объем 400 мкл, боросиликатное стекло (Wingflow, Швейцария).Flowing microreactor: 400 μl volume, borosilicate glass (Wingflow, Switzerland).
Скорость подачи жидких фаз:Liquid phase feed rate:
- 0,5% или 1% раствор поливинилового спирта: 0,5 мл/мин или 1 мл/мин (нанесение покрытия), далее 1 мл/мин;- 0.5% or 1% solution of polyvinyl alcohol: 0.5 ml / min or 1 ml / min (coating), then 1 ml / min;
- раствор этопозида и полимера PLGA 50/50: 0,2 мл/мин.- a solution of etoposide and
Получение частицParticle production
Микрофлюидная установка включалась, устанавливалась подача раствора поливинилового спирта 0,5% или 1% со скоростью 0,5 или 1 мл/мин, включался нагрев проточного микрореактора до 60°С и подача раствора поливинилового спирта продолжалась в течение следующих 20 или 40 минут. Затем поток останавливался до охлаждения проточного микрореактора до комнатной температуры. После этого поток поливинилового спирта возобновлялся со скоростью 1 мл/мин и в установку начинал подаваться раствор этопозида и полимера PLGA 50/50 в ацетоне или ацетонитриле со скоростью 0,2 мл/мин. После начала подачи раствора этопозида и полимера проводился сбор головной фракции под контролем давления в системе. Начало образования суспензии фиксировалось по повышению давления. Головная фракция собиралась в течение 3 минут от начала повышения давления и в дальнейшем отбрасывалась. Сбор основной фракции осуществлялся до израсходования растворов.The microfluidic installation was turned on, the supply of a 0.5% or 1% polyvinyl alcohol solution was set at a rate of 0.5 or 1 ml / min, the flowing microreactor was heated to 60 ° C, and the polyvinyl alcohol solution was continued for the next 20 or 40 minutes. Then, the flow was stopped until the flowing microreactor was cooled to room temperature. After that, the flow of polyvinyl alcohol was resumed at a rate of 1 ml / min and a solution of etoposide and
Далее основная фракция упаривалась под вакуумом на ротационном испарителе до удаления летучего органического растворителя и части воды. При необходимости проводилось удаление излишков поливинилового спирта путем центрифугирования и удаления излишков супернатанта. После чего к осадку прибавлялось необходимое для ресуспендирование количество воды и проводилось ресуспендирование с использованием механического встряхивателя, либо ультразвуковой бани. Далее к полученной суспензии добавляли рассчитанное заранее количество D-маннитола (криопротектора). В случае, если стадия центрифугирования-ресуспедирования не проводилась, криопротектор добавляли сразу после упаривания на ротационном испарителе. Суспензия с криопротектором подвергалась заморозке в жидком азоте и далее осуществлялась лиофильная сушка суспензии. Готовый продукт представляет собой пористую лиофильную массу, которая может быть использована в качестве готовой лекарственной формы, либо в качестве полупродукта для ее получения.Next, the main fraction was evaporated under vacuum on a rotary evaporator to remove the volatile organic solvent and part of the water. If necessary, excess polyvinyl alcohol was removed by centrifugation and removal of excess supernatant. Then, the amount of water necessary for resuspension was added to the precipitate and resuspension was carried out using a mechanical shaker or an ultrasonic bath. Next, the previously calculated amount of D-mannitol (cryoprotectant) was added to the resulting suspension. If the centrifugation-resuspension stage was not carried out, a cryoprotectant was added immediately after evaporation on a rotary evaporator. The suspension with a cryoprotectant was frozen in liquid nitrogen and freeze-drying of the suspension was carried out. The finished product is a porous lyophilic mass, which can be used as a finished dosage form, or as an intermediate for its preparation.
Качество получаемых серий оценивалось по среднему размеру частиц и индексу полидисперсности (таблица 3).The quality of the resulting series was evaluated by the average particle size and polydispersity index (table 3).
Пример 2.Example 2
Получение полимерных форм никлозамида с использованием микрофлюидной технологии.Obtaining polymer forms of niclosamide using microfluidic technology.
Материалы:Materials:
- Раствор поливинилового спирта (Sigma-Aldrich) 0,5% или 1% (готовился непосредственно перед употреблением, фильтровался под вакуумом в горячем виде через фильтр из стекловолокна с размером пор 1 мкм).- A solution of polyvinyl alcohol (Sigma-Aldrich) 0.5% or 1% (prepared immediately before use, filtered under vacuum in hot form through a fiberglass filter with a pore size of 1 μm).
- Раствор никлозамида (соответствует требованиям ЕР), сополимера молочной и гликолевой кислот PLGA 50/50 («PURAC Biochemicals») и Eudragit® RS PO (Эудрагит) («Evonik Pharma Polymers») в ацетоне (ч.д.а.) или ацетонитриле (ч.д.а). Содержание никлозамида в растворе - 1 мг/мл (0,1%), содержание полимера PLGA 50/50 - 6 мг/мл (0,6%), содержание Эудрагита - 4 мг/мл (0,4%).- A solution of niclosamide (meets EP requirements), a copolymer of lactic and
Оборудование:Equipment:
Микрореакторная установка Qmix (Wingflow, Швейцария):Qmix microreactor installation (Wingflow, Switzerland):
Проточный микрореактор: объем 400 мкл, боросиликатное стекло (Wingflow, Швейцария).Flowing microreactor: 400 μl volume, borosilicate glass (Wingflow, Switzerland).
Скорость подачи жидких фаз:Liquid phase feed rate:
- 0,5% или 1% раствор поливинилового спирта: 0,5 мл/мин или 1 мл/мин (нанесение покрытия), далее 1 мл/мин;- 0.5% or 1% solution of polyvinyl alcohol: 0.5 ml / min or 1 ml / min (coating), then 1 ml / min;
- раствор никлозамида и полимеров (PLGA, Эудрагит): 0,2 мл/мин.- a solution of niclosamide and polymers (PLGA, Eudragit): 0.2 ml / min.
Получение частицParticle production
Микрофлюидная установка включалась, устанавливалась подача раствора поливинилового спирта 0,5% или 1% со скоростью 1 мл/мин, включался нагрев проточного микрореактора до 60°С и подача раствора поливинилового спирта продолжалась в течение следующих 20 или 40 минут. Затем поток останавливался до охлаждения проточного микрореактора до комнатной температуры. После этого поток поливинилового спирта возобновлялся с прежней скоростью и в установку начинал подаваться раствор никлозамида и полимеров (PLGA, Эудрагит) в ацетоне или ацетонитриле со скоростью 0,2 мл/мин. После начала подачи раствора этопозида и полимеров проводился сбор головной фракции под контролем давления в системе. Начало образования суспензии фиксировалось по повышению давления. Головная фракция собиралась в течение 3 минут от начала повышения давления и в дальнейшем отбрасывалась. Сбор основной фракции осуществлялся до израсходования растворов.The microfluidic installation was turned on, the supply of a 0.5% or 1% polyvinyl alcohol solution was set at a rate of 1 ml / min, the heating microreactor was turned on to 60 ° C and the polyvinyl alcohol solution was continued for the next 20 or 40 minutes. Then, the flow was stopped until the flowing microreactor was cooled to room temperature. After this, the flow of polyvinyl alcohol resumed at the same rate and a solution of niclosamide and polymers (PLGA, Eudragit) in acetone or acetonitrile began to be supplied to the unit at a rate of 0.2 ml / min. After the start of feeding the etoposide solution and the polymers, the head fraction was collected under pressure control in the system. The onset of suspension formation was recorded by increasing pressure. The head fraction was collected within 3 minutes from the beginning of the increase in pressure and was subsequently discarded. The main fraction was collected before the solutions were consumed.
Далее основная фракция упаривалась под вакуумом на ротационном испарителе до удаления летучего органического растворителя и части воды. При необходимости проводилось удаление излишков поливинилового спирта путем центрифугирования и удаления излишков супернатанта. После чего к осадку прибавлялось необходимое для ресуспендирование количество воды и проводилось ресуспендирование с использованием механического встряхивателя, либо ультразвуковой бани. Далее к полученной суспензии добавляли рассчитанное заранее количество D-маннитола (криопротектора). В случае, если стадия центрифугирования-ресуспедирования не проводилась, криопротектор добавляли сразу после упаривания на ротационном испарителе. Суспензия с криопротектором подвергалась заморозке в жидком азоте и далее осуществлялась лиофильная сушка суспензии. Готовый продукт представляет собой пористую лиофильную массу.Next, the main fraction was evaporated under vacuum on a rotary evaporator to remove the volatile organic solvent and part of the water. If necessary, excess polyvinyl alcohol was removed by centrifugation and removal of excess supernatant. Then, the amount of water necessary for resuspension was added to the precipitate and resuspension was carried out using a mechanical shaker or an ultrasonic bath. Next, the previously calculated amount of D-mannitol (cryoprotectant) was added to the resulting suspension. If the centrifugation-resuspension stage was not carried out, a cryoprotectant was added immediately after evaporation on a rotary evaporator. The suspension with a cryoprotectant was frozen in liquid nitrogen and freeze-drying of the suspension was carried out. The finished product is a porous lyophilic mass.
Качество получаемых серий оценивалось по среднему размеру частиц и индексу полидисперсности (таблица 4).The quality of the resulting series was evaluated by the average particle size and polydispersity index (table 4).
Как показано выше, изобретение позволяет получить наночастицы в диапазоне 200-400 нм с однородным распределением значений размеров частиц относительно среднего, что подтверждается значениями индекса полидисперсности, не превышающего 0,2. Получаемый из наносуспензии лиофилизат представляет собой готовый к использованию продукт. Стерильность получаемого лиофилизата может быть достигнута как производством в асептических условиях, так и введением дополнительной стадии стерилизации. Свойства получаемого лиофилизата позволяют осуществить его растворение с ресуспендированием наночастиц в объеме и применять в виде суспензий для инъекций, ингаляций, наружного и внутреннего применения; таблеток, капсул, гранул, аэрозолей, порошков и мазей в составе готовых лекарственных форм.As shown above, the invention allows to obtain nanoparticles in the range of 200-400 nm with a uniform distribution of particle sizes relative to the average, which is confirmed by the values of the polydispersity index, not exceeding 0.2. The lyophilisate obtained from nanosuspension is a ready-to-use product. The sterility of the obtained lyophilisate can be achieved both by production under aseptic conditions and by the introduction of an additional sterilization step. The properties of the obtained lyophilisate allow its dissolution with the resuspension of nanoparticles in volume and apply in the form of suspensions for injection, inhalation, external and internal use; tablets, capsules, granules, aerosols, powders and ointments in the composition of the finished dosage forms.
Источники информацииInformation sources
1. А. Гербст, В.В. Шудегов, Р.Ф. Яруллин, Л. Наземцева. Нанотехнология и микрореакторы - параллели в развитии. // Био- и нанотехнологии, №3 (16) май 2012, С. 78-88.1. A. Herbst, V.V. Sudegov, R.F. Yarullin, L. Nazemtseva. Nanotechnology and microreactors are parallels in development. // Bio- and nanotechnology, No. 3 (16) May 2012, S. 78-88.
2. Д.Р. Раимов, В.В. Суслов. ПОЛУЧЕНИЕ ПОЛИМЕРНЫХ МИКРОННЫХ И СУБМИКРОННЫХ ЧАСТИЦ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МИКРОФЛЮИДНЫХ ПРОТОЧНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ // Успехи в химии и химической технологии. ТОМ ХХIХ. 2015. №10, С. 118-119.2. D.R. Raimov, V.V. Suslov PRODUCTION OF POLYMERIC MICRON AND SUBMICRON PARTICLES USING MICROFLUID FLOW TECHNOLOGIES // Advances in Chemistry and Chemical Technology. TOM XXIX. 2015. No. 10, pp. 118-119.
3. Shui, L., van den Berg, A. and Eijkel. J.C.T. (2009) 'Interfacial tension controlled W/O and O/W 2-phase flows in microchannel', Lab Chip, 9: 795-801.3. Shui, L., van den Berg, A. and Eijkel. J.C.T. (2009) 'Interfacial tension controlled W / O and O / W 2-phase flows in microchannel', Lab Chip, 9: 795-801.
4. Heller, Christoph. Analysis of Nucleic Acids by Capillary Electrophoresis. Braunschweig: Vieweg, 1997. Print., 143.4. Heller, Christoph. Analysis of Nucleic Acids by Capillary Electrophoresis. Braunschweig: Vieweg, 1997. Print., 143.
5. Tohei Moritani, Kyunghwan Yoon, Miriam Rafailovich, Benjamin Chu. DNAcapillary electrophoresis using polyvinyl alcohol). I. Inner capillary coating. Electrophoresis 2003, 24, 2764-2771.5. Tohei Moritani, Kyunghwan Yoon, Miriam Rafailovich, Benjamin Chu. DNAcapillary electrophoresis using polyvinyl alcohol). I. Inner capillary coating. Electrophoresis 2003, 24, 2764-2771.
6. Шабаров Ю.С. Органическая химия: В 2-х кн. - М.: Химия, 1994. - 352 с: ил.6. Shabarov Yu.S. Organic chemistry: In 2 kn. - M .: Chemistry, 1994 .-- 352 s: silt.
7. А. Гербст, С.А. Кедик, Д.Р. Раимов, Е.С. Жаворонок, Е.А. Петрова, А.В. Панов, В.В. Суслов, Л. Гринер, Л. Наземцева. Микрореакторные системы для микроинкапсулирования в фармации // Разработка и регистрация лекарственных средств - 2014. - Выпуск 4 (9). - С. 76-85.7. A. Herbst, S.A. Kedik, D.R. Raimov, E.S. Lark, E.A. Petrova A.V. Panov, V.V. Suslov, L. Griner, L. Nazemtseva. Microreactor systems for microencapsulation in pharmacy // Development and registration of medicines - 2014. - Issue 4 (9). - S. 76-85.
8. Xie and Smith: Fabrication of PLGA nanoparticles with a fluidic nanoprecipitation system. Journal of Nanobiotechnology 2010 8:18.8. Xie and Smith: Fabrication of PLGA nanoparticles with a fluidic nanoprecipitation system. Journal of Nanobiotechnology 2010 8:18.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016133019A RU2637653C1 (en) | 2016-08-10 | 2016-08-10 | Method for production of pharmaceutical compositions based on polymeric nanoparticles by microfluid technology |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016133019A RU2637653C1 (en) | 2016-08-10 | 2016-08-10 | Method for production of pharmaceutical compositions based on polymeric nanoparticles by microfluid technology |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2637653C1 true RU2637653C1 (en) | 2017-12-05 |
Family
ID=60581604
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016133019A RU2637653C1 (en) | 2016-08-10 | 2016-08-10 | Method for production of pharmaceutical compositions based on polymeric nanoparticles by microfluid technology |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2637653C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2681933C1 (en) * | 2018-11-28 | 2019-03-14 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" | Method for obtaining polymeric anti-tumor particles in flow microreactor and lyophilisate based on them |
WO2021063813A1 (en) * | 2019-10-01 | 2021-04-08 | Evonik Operations Gmbh | Process for preparing nanoparticles in the form of a powder comprising a bio-resorbable polyester |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2007150030A2 (en) * | 2006-06-23 | 2007-12-27 | Massachusetts Institute Of Technology | Microfluidic synthesis of organic nanoparticles |
-
2016
- 2016-08-10 RU RU2016133019A patent/RU2637653C1/en active
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2007150030A2 (en) * | 2006-06-23 | 2007-12-27 | Massachusetts Institute Of Technology | Microfluidic synthesis of organic nanoparticles |
Non-Patent Citations (4)
Title |
---|
Christoph Heller. Analysis of Nucleic Acids by Capillary Electrophoresis. Braunschweig: Vieweg, 1997. P. 142-143. * |
Christoph Heller. Analysis of Nucleic Acids by Capillary Electrophoresis. Braunschweig: Vieweg, 1997. P. 142-143. Hui Xie et al. Fabrication of PLGA nanoparticles with a fluidic nanoprecipitation system. Journal of Nanobiotechnology 2010, 8:18. * |
Hui Xie et al. Fabrication of PLGA nanoparticles with a fluidic nanoprecipitation system. Journal of Nanobiotechnology 2010, 8:18. * |
Д.Р. Раимов, В.В. Суслов. Получение полимерных микронных и субмикронных частиц с использованием микрофлюидных проточных технологий // Успехи в химии и химической технологии. ТОМ ХХIХ. 2015. * |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2681933C1 (en) * | 2018-11-28 | 2019-03-14 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" | Method for obtaining polymeric anti-tumor particles in flow microreactor and lyophilisate based on them |
WO2021063813A1 (en) * | 2019-10-01 | 2021-04-08 | Evonik Operations Gmbh | Process for preparing nanoparticles in the form of a powder comprising a bio-resorbable polyester |
CN114555064A (en) * | 2019-10-01 | 2022-05-27 | 赢创有限公司 | Method for producing nanoparticles in powder form comprising bioresorbable polyesters |
CN114555064B (en) * | 2019-10-01 | 2023-12-05 | 赢创有限公司 | Method for producing nanoparticles in powder form comprising bioresorbable polyesters |
US11964058B2 (en) | 2019-10-01 | 2024-04-23 | Evonik Corporation | Process for preparing nanoparticles in the form of a powder comprising a bio-resorbable polyester |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Operti et al. | PLGA-based nanomedicines manufacturing: Technologies overview and challenges in industrial scale-up | |
US7468151B2 (en) | Method for the preparation of purified microparticles | |
Rondeau et al. | Biopolymer microparticle and nanoparticle formation within a microfluidic device | |
Dalvi et al. | Analysis of nucleation kinetics of poorly water-soluble drugs in presence of ultrasound and hydroxypropyl methyl cellulose during antisolvent precipitation | |
Zhang et al. | Layer-by-layer assembly in nanochannels: assembly mechanism and applications | |
JP2002506719A (en) | Fabrication of nanocapsules and microcapsules by layered polyelectrolyte self-assembly | |
JP2008540140A (en) | Method for generating micro and nanometer range particles containing unstable products and resulting particles | |
RU2637653C1 (en) | Method for production of pharmaceutical compositions based on polymeric nanoparticles by microfluid technology | |
KR20170061499A (en) | Preparation method of porous microspheres or nanocomposite microspheres using a microfluidic device | |
Patel et al. | Nanomedicine scale-up technologies: feasibilities and challenges | |
Siavashy et al. | A comprehensive review of one decade of microfluidic platforms applications in synthesis of enhanced carriers utilized in controlled drug delivery | |
Perrie et al. | Manufacturing methods for liposome adjuvants | |
Zhang et al. | Microfluidic mixing and devices for preparing nanoparticulate drug delivery systems | |
Schiller et al. | Focused ultrasound as a scalable and contact-free method to manufacture protein-loaded PLGA nanoparticles | |
Behnke et al. | Ethoxy acetalated dextran nanoparticles for drug delivery: A comparative study of formulation methods | |
Saad et al. | Scalable chemical synthesis route to manufacture pH-responsive janus CaCO3 micromotors | |
Vladisavljević | Integrated membrane processes for the preparation of emulsions, particles and bubbles | |
US20240226840A1 (en) | Layered particles and processes thereof | |
TW202204485A (en) | Method and system of producing hydrogel microspheres | |
Bolze et al. | Protective filtration for microfluidic nanoparticle precipitation for pharmaceutical applications | |
Zhou et al. | An extended duration operation for porous hollow fiber-based antisolvent crystallization | |
Kadota et al. | Particle preparation and morphology control with mutual diffusion across liquid-liquid interfaces | |
Martins et al. | Microfluidics as a Tool for the Synthesis of Advanced Drug Delivery Systems | |
Safari et al. | Preparation of All-Trans-Retinoic Acid-Loaded mPEG-PLGA Nanoparticles Using Microfluidic Flow-Focusing Device for Controlled Drug Delivery | |
US9452930B2 (en) | System and method for continuous polymer coating of particles |