FDmiX: Gyors és robusztus sorozatgyártású nanopartikulumok

FDmiX-M keverő a nanopartikulumok előállításához. © B. Bobusch/FDX Fluid Dynamix GmbH / FDmiX M keverő nanopartikulumok gyártásához. © B. Bobusch/FDX Fluid Dynamix GmbH

Az nukleinsav-alapú gyógyszerek, mint például az mRNA-vakcinák, hatalmas potenciállal rendelkeznek az orvoslásban, és új terápiás megközelítéseket nyitnak meg. Annak érdekében, hogy ezeket a hatóanyagokat célzottan a sejtekbe juttassák, nanorészecskékbe kell zárni őket. A FDmiX, röviden a Fraunhofer Dynamic Mixing Technologies, a Fraunhofer IPK Gyártási Berendezések és Konstrukciós Technológiák Intézetének fejlesztése, amely az FDX Fluid Dynamix GmbH-val együttműködve kifejlesztett egy technológiai platformot a nanorészecskék gyártására, amely révén eddig soha nem látott minőségű és stabilitású részecskék érhetők el. A svájci Lonza Group AG vegy- és gyógyszeripari vállalat most licencelte a technológiát GMP (Good Manufacturing Practice) gyártásához.

A nukleinsavak, az RNA és a DNS nemcsak a sejtekben fordulnak elő, hanem gyógyszerek összetevőiként is szerepelhetnek. Ismertté váltak a COVID-19 pandémia óta az mRNA-vakcinák. Orvosok világszerte nagy reményeket fűznek a nukleinsav-alapú hatóanyagokhoz – ezek potenciálisan kezelhetik eddig nehezen gyógyítható betegségeket, többek között bizonyos ráktípusokat is. Azonban eddig nagy kihívást jelentett ezen érzékeny nukleinsavak biztonságos és hatékony átjuttatása a sejtekbe, ahol üzenetüket fehérjékké fordíthatják. Védőburkolatra van szükség a hatóanyag szállításához a sejtekbe. A nanorészecskék gyártása fluidikus keverési folyamatokkal történik. Nagyon teljes és gyors keverés szükséges a kívánt részecskeméret eléréséhez. Ipari méretekben impingement-jet keverőket (más néven T- vagy Y-keverőket) használnak. Ezek ugyan magas átvitelt tesznek lehetővé, de a keverék minőségét csorbítják.

Jobb és gyorsabb keverés

A Fraunhofer Dynamic Mixing Technologies (FDmiX) platformjával a Fraunhofer IPK és az FDX Fluid Dynamix GmbH sikerült hidat építeni a keverékminőség és a termelési sebesség között. Az FDmiX platform lehetővé teszi a folyamatos magas keverési minőséget a laboratóriumi alkalmazástól a sorozatgyártásig. Már sikeresen tesztelték lipid- és polimer nanorészecskék, valamint nanoemulziók gyártására. Számos teszt során bebizonyosodott, hogy az FDmiX technológiai platform keverési minősége felülmúlja a korábban elérhető rendszereket, és lehetővé teszi eddig elérhetetlen részecskeméretű minőség gyártását. A skálázás során is meggyőző, mivel szükség szerint 5 ml/perc és 1,5 l/perc közötti térfogatáramokban képes kapszulázni anélkül, hogy a részecskék tulajdonságait befolyásolná. A Lonza Group AG, globális fejlesztő és gyártó partner a gyógyszer-, biotechnológiai és nutraceutikus piacokon, licencelte a szabadalmaztatott FDmiX technológiát, és már használja is.

„Az emberi sejtek védekeznek a külföldi genetikai anyag ellen. Ezért az mRNA-hatóanyagokat nanorészecskékbe kell zárni. A részecskék tehát egy védőburkot töltenek be, amíg a hatóanyag el nem jut a sejtekbe”, mondja Christoph Hein, a Fraunhofer IPK ultra- és magas precíziós technológia üzletágának vezetője Berlinben. A nanorészecskék gyártásához a hatóanyagot, amely egy pufferben oldott, más oldattal, például lipidoldattal keverik össze. Amint a két folyadék összekeveredik, lipid nanorészecskék keletkeznek, amelyek a hatóanyagot lipidburkolatba zárják. „Az FDmiX platform segítségével lényegesen kisebb és homogénebb részecskéket érhetünk el, amelyek méretét akár be is lehet állítani. Az FDmiX rendszerrel eddig soha nem látott homogenitású keverékeket tudunk készíteni minimális keverési idő alatt. Ez azért fontos, mert a keverék minősége nemcsak a nanorészecskék minőségét befolyásolja, hanem végső soron azok hatékonyságát is.”

Homogén nanorészecskék okos fúvókaszerkezettel

De hogyan lehet egyszerre magas, állandó keverési minőséget és nagy átvitelt elérni? A FDmiX platform szívében egy FDX Fluid Dynamix GmbH oszcilláló fúvóka, az OsciJet található. A fúvóka belsejében a folyadék sugara az egyik oldalán a főkamrában halad. A fúvóka elhagyása előtt egy kis része a sugárnak oldalcsatornába kerül. A csatorna végén ez újra találkozik a fő sugárral, és átcsapja a másik oldalra. Így a fő sugár folyamatosan ingadozik egyik oldalról a másikra, magas frekvenciájú lengést eredményezve. Ezzel a fúvóka által oszcilláló lipidoldat és az mRNA hatóanyag áramlása keresztezi egymást, így homogén keverék jön létre, nagy nanopartikulum méretekkel. Hagyományos impingement-keverőknél a lipidoldat és az mRNA hatóanyag összeütközik, majd egy közös csatornán haladnak át, ami dinamikus örvénymezőt hoz létre, és inhomogén, kisebb minőségű részecskéket eredményez. „Kísérletek során, ahol különböző keverőket és áramlási sebességeket alkalmaztunk, az FDmiX kisebb részecskéket és jóval szűkebb szórást eredményezett, mint egy T-keverő”, mondja a kutató. A tesztek során a projektpartnerek olyan nanorészecskéket állítottak elő, amelyek körülbelül 10-20 százalékkal voltak kisebbek, mint a T-keverővel gyártottak, és jóval kisebb szórást, magas kapszulázási hatékonyságot és részecske integritást mutattak.

A klinikai fázisban és a későbbi gyártás során nagy mennyiségű nanorészecske szükséges. Itt is bizonyít az IPK és az FDX technológia: a két projektpartner különböző nyomás- és áramlási sebességű keverőket fejlesztett ki és tesztelt. A legkisebb keverők (FDmiX XS) akár 5 ml/perc alatti áramlási sebességgel is működhetnek – a legnagyobb (FDmiX XL) pedig több mint 1,5 liter/perc áramlással.

Széles alkalmazási kör az FDmiX nanorészecskék számára

Az így előállított nanorészecskék alkalmazási köre széles, és messze túlmutat az mRNA kapszulázásán és a vakcinák stabilizálásán. Például a technológia kardiológiában is alkalmazható, például szívkatéterek bevonására. A ballonkatéterek tágításakor nanorészecskék rakódnak le az artéria falán, és megakadályozzák az új lerakódások kialakulását az érben. Ezzel elkerülhető az érszűkület, azaz az érszűkület. Emellett nanorészecskék alkalmazhatók tumor elleni terápiában, és neurodegeneratív betegségek, például Alzheimer-kór és demencia kezelésében is hasznosak lehetnek a molekulák.