FDmiX: Producción en serie rápida y robusta de nanopartículas

FDmiX-M Mezclador para la fabricación de nanopartículas. © B. Bobusch/FDX Fluid Dynamix GmbH / Mezclador FDmiX M para la producción de nanopartículas. © B. Bobusch/FDX Fluid Dynamix GmbH

Los medicamentos basados en ácidos nucleicos, como las vacunas de ARNm, ofrecen un enorme potencial para la medicina y abren nuevas vías terapéuticas. Para que estos principios activos puedan ser transportados de manera dirigida a las células del cuerpo, deben estar encapsulados en nanopartículas. Con FDmiX, abreviatura de Fraunhofer Dynamic Mixing Technologies, el Instituto Fraunhofer para Sistemas de Producción y Tecnología de Diseño en colaboración con FDX Fluid Dynamix GmbH ha desarrollado una plataforma tecnológica para la producción de nanopartículas, que permite lograr una calidad y estabilidad de partículas hasta ahora inalcanzables. La empresa química y farmacéutica suiza Lonza Group AG ha licenciado esta tecnología para su producción GMP (Buenas Prácticas de Fabricación).

Las ácidos nucleicos ARNm y ADN no solo se encuentran en las células, sino que también pueden ser componentes de medicamentos. Desde la pandemia de COVID-19, son ampliamente conocidas las vacunas de ARNm. Médicos de todo el mundo tienen grandes esperanzas en los principios activos basados en ácidos nucleicos: tienen el potencial de tratar enfermedades que hasta ahora eran difíciles de abordar, incluyendo algunos tipos de cáncer. Sin embargo, hasta ahora, la transferencia segura y eficaz de estos delicados ácidos nucleicos a las células, donde su mensaje puede ser traducido en proteínas, ha sido un gran desafío. Es necesario un recubrimiento protector para transportar el principio activo sensible a las células del cuerpo. La fabricación de nanopartículas se realiza mediante procesos de mezcla fluidica. Es necesaria una mezcla muy completa y rápida para producir la calidad de partículas requerida. Para la producción a escala industrial existen mezcladores de chorro de impacto (también llamados T-mixers o Y-mixers). Aunque permiten un alto rendimiento, esto se logra a costa de la calidad de la mezcla.

Mejor y más rápido mezclado

Con la plataforma FDmiX de Fraunhofer, en colaboración con FDX Fluid Dynamix GmbH, se ha logrado cerrar la brecha entre la calidad de la mezcla y el rendimiento. La plataforma FDmiX permite una calidad de mezcla consistentemente alta desde el laboratorio hasta la producción en serie. Ya ha sido probada con éxito en la fabricación de nanopartículas lipídicas y poliméricas, así como de nanoemulsiones. Como se ha demostrado en numerosas pruebas, la calidad de la mezcla de la plataforma tecnológica FDmiX supera a los sistemas disponibles hasta ahora y permite producir una calidad de partículas hasta ahora inalcanzable. Además, en la escalabilidad, el sistema convence, ya que puede encapsular según la demanda volúmenes de entre 5 ml/min y 1,5 l/min sin afectar las propiedades de las partículas. La Lonza Group AG, socio global de desarrollo y producción para los mercados farmacéutico, biotecnológico y nutracéutico, ha licenciado la tecnología patentada FDmiX y ya la utiliza.

»Las células humanas se defienden contra material genético extraño. Por eso, los principios activos de ARNm deben estar encapsulados en nanopartículas. Las partículas cumplen así la función de una cubierta protectora, hasta que el principio activo ingresa en la célula del cuerpo«, explica Christoph Hein, director del área de Ultra y Alta Precisión en el Instituto Fraunhofer IPK en Berlín. Para fabricar las nanopartículas, se debe mezclar el principio activo disuelto en un tampón con otra solución, como una solución lipídica. Tan pronto como las dos sustancias se mezclan, se forman nanopartículas lipídicas que encapsulan el principio activo con una cubierta lipídica. »Con la plataforma FDmiX logramos partículas significativamente más pequeñas y homogéneas, cuya tamaño incluso puede ajustarse. Con FDmiX alcanzamos mezclas con una homogeneidad hasta ahora inalcanzable en tiempos de mezcla mínimos. Esto es relevante, ya que la calidad de la mezcla no solo determina la calidad de las nanopartículas, sino que también, en última instancia, su eficacia.«

Nanopartículas homogéneamente mezcladas mediante una construcción inteligente de boquillas

Pero, ¿cómo se logra la combinación de una alta y constante calidad de mezcla y rendimiento? La pieza central de la plataforma FDmiX es una boquilla OsciJet de FDX Fluid Dynamix GmbH. En el interior de la boquilla, el chorro de líquido se apoya en uno de los lados en la cámara principal. Antes de salir de la boquilla, una pequeña parte del chorro se desvía a un canal lateral. Al final del canal lateral, vuelve a encontrarse con el chorro principal y lo empuja hacia el otro lado. De esta forma, el chorro principal oscila continuamente de un lado a otro, generando una vibración de alta frecuencia. De esta manera, la corriente oscilante de la solución lipídica impacta perpendicularmente en el flujo del principio activo de ARNm, creando una mezcla homogénea con nanopartículas de tamaño uniforme. En experimentos con mezcladores de impacto convencionales, la solución lipídica y el principio activo de ARNm chocan y fluyen por un canal común. Esto genera un campo de remolinos dinámico, que produce partículas heterogéneas de menor calidad. »En experimentos de encapsulación con ARNm en nanopartículas lipídicas, usando diferentes mezcladores y tasas de flujo, FDmiX produjo partículas más pequeñas y con una dispersión mucho menor en comparación con un T-mixer«, explica el investigador. En pruebas, los socios del proyecto lograron fabricar nanopartículas que eran aproximadamente un 10 a 20 por ciento más pequeñas que las producidas con un T-mixer. Además, mostraron una dispersión mucho menor, una alta eficiencia de encapsulación y una integridad de partículas superior.

En la fase clínica y en la producción posterior, se requieren grandes cantidades de nanopartículas. Aquí también, la tecnología del Instituto Fraunhofer IPK y FDX Fluid Dynamix GmbH demuestra su eficacia: los dos socios del proyecto han desarrollado y probado mezcladores para diferentes tasas de presión y flujo. Los mezcladores más pequeños (FDmiX XS) pueden trabajar con tasas de flujo inferiores a 5 mililitros por minuto, mientras que los más grandes (FDmiX XL) manejan más de 1,5 litros por minuto.

Amplio espectro de aplicaciones de las nanopartículas FDmiX

El espectro de aplicaciones de las nanopartículas fabricadas con esta tecnología es amplio y va mucho más allá del encapsulado de ARNm y la estabilización de vacunas. Por ejemplo, la tecnología también puede usarse en cardiología, como en el recubrimiento de catéteres cardíacos. Durante la expansión del balón en los catéteres, las nanopartículas se depositan en la pared arterial y previenen la formación de nuevas acumulaciones en las paredes de los vasos. De esta forma, se puede evitar una estenosis, es decir, un estrechamiento de los vasos sanguíneos. Además, las nanopartículas se utilizan en la lucha contra tumores, y también en el tratamiento de enfermedades neurodegenerativas como Alzheimer y demencia.