Producción en serie rápida y robusta de nanopartículas

Tecnología de encapsulación de nueva generación

08.05.2024

Los medicamentos basados en ácidos nucleicos, como las vacunas de ARNm, ofrecen un enorme potencial para la medicina y están abriendo nuevos enfoques terapéuticos. Estos principios activos deben encerrarse dentro de nanopartículas para garantizar que lleguen a donde se necesitan dentro de las células del cuerpo. El Instituto Fraunhofer de Sistemas de Producción y Tecnología de Diseño IPK y FDX Fluid Dynamix GmbH han colaborado en el desarrollo de una plataforma tecnológica para la producción de nanopartículas capaz de lograr una calidad y estabilidad de las partículas a niveles hasta ahora inalcanzables: FDmiX, abreviatura de Fraunhofer Dynamic Mixing Technologies. La empresa química y farmacéutica suiza Lonza ha obtenido ahora la licencia de esta tecnología para sus propias actividades de producción con buenas prácticas de fabricación (BPF).

El ARN y el ADN, ambos ácidos nucleicos, no sólo se encuentran en las células; también pueden ser componentes de medicamentos. Un ejemplo muy conocido a raíz de la pandemia de coronavirus son las vacunas de ARNm. Los profesionales médicos de todo el mundo están muy esperanzados con los principios activos basados en ácidos nucleicos, que ofrecen potencial como terapias para enfermedades que antes eran difíciles de tratar, incluidas algunas formas de cáncer. Sin embargo, el transporte seguro y eficaz de estos ácidos nucleicos sensibles a las células, donde los mensajes que transportan pueden traducirse en proteínas, ha resultado ser hasta ahora un reto importante. Se necesita una envoltura protectora para introducir el principio activo sensible en las células. Estas nanopartículas se fabrican mediante procesos de mezcla de fluidos. Para producir partículas de la calidad requerida es necesario un mezclado muy minucioso y rápido. Para las aplicaciones a escala industrial se dispone de mezcladores de chorro pulsante (también conocidos como mezcladores en T o en Y). Permiten un alto rendimiento, pero a expensas de la calidad de la mezcla.

Mezclado mejor y más rápido

En la plataforma Fraunhofer Dynamic Mixing Technologies (FDmiX), Fraunhofer IPK y FDX Fluid Dynamix GmbH han conseguido salvar la distancia entre calidad de mezcla y rendimiento. La plataforma FDmiX permite obtener una calidad de mezcla elevada y constante a cualquier escala, desde el laboratorio hasta la producción en serie. Ya ha superado con éxito pruebas destinadas a la producción de nanopartículas de lípidos y polímeros y de nanoemulsiones. Como han demostrado las numerosas pruebas realizadas, la calidad de mezcla de la plataforma tecnológica FDmiX es superior a la de los sistemas disponibles hasta la fecha, lo que permite producir partículas con niveles de calidad hasta ahora inalcanzables. El sistema también impresiona por su capacidad de escalado, ya que la encapsulación puede realizarse con flujos de volumen que oscilan entre 5 ml/min y 1,5 l/min sin afectar a las propiedades de las partículas. Lonza, socio global de desarrollo y producción para los mercados farmacéutico, biotecnológico y neutracéutico, ha obtenido la licencia de la tecnología patentada FDmiX y ya la está utilizando.

"Las células humanas se defienden del material genético extraño. Por eso los principios activos del ARNm tienen que estar encerrados en nanopartículas. Así, las partículas actúan como una envoltura protectora, encapsulando la sustancia hasta que ha entrado en la célula dentro del cuerpo", explica Christoph Hein, jefe de la división de Tecnología de Ultra y Alta Precisión del Fraunhofer IPK de Berlín. Para poder producir las nanopartículas, hay que mezclar el principio activo disuelto en un tampón con otra solución, como una solución lipídica. Una vez combinados los dos líquidos, se forman nanopartículas lipídicas que, a su vez, forman una envoltura lipídica alrededor del principio activo. "Con la plataforma FDmiX, podemos producir partículas mucho más pequeñas y homogéneas e incluso ajustar su tamaño. FDmiX nos permite producir mezclas de un nivel de homogeneidad antes inalcanzable con tiempos de mezcla muy cortos. Esto es importante porque la calidad de la mezcla no sólo determina la calidad de las nanopartículas, sino también su eficacia".

Un diseño inteligente de las boquillas permite mezclar las nanopartículas de forma homogénea

Pero, ¿cómo puede combinarse una calidad de mezcla elevada y homogénea con el rendimiento? La pieza central de la plataforma FDmiX es una boquilla OsciJet de FDX Fluid Dynamix GmbH. Dentro de la boquilla, se coloca un chorro de líquido en uno de los lados de la cámara principal. Antes de salir de la tobera, una pequeña parte del chorro se desvía hacia un canal lateral. Al final del canal lateral, se encuentra de nuevo con el chorro principal y lo empuja hacia el otro lado. Esto hace que el chorro principal oscile continuamente de un lado a otro a una alta frecuencia. De este modo, el chorro de solución lipídica que oscila a través de la boquilla se encuentra con el chorro del ingrediente activo ARNm en un ángulo perpendicular, creando una mezcla homogénea con nanopartículas de tamaño uniforme. En cambio, en las pruebas de mezcladores de impacto convencionales (también conocidos como mezcladores en T o en Y), la solución lipídica y el ingrediente activo ARNm chocan antes de fluir juntos a través del mismo canal. Esto crea un vórtice dinámico que da lugar a partículas no homogéneas de menor calidad. "En las pruebas de encapsulación de ARNm en nanopartículas lipídicas realizadas con distintos mezcladores y caudales, FDmiX generó partículas más pequeñas con una distribución de tamaños significativamente menor que un mezclador en T al mismo caudal", explica Hein. En las pruebas, los socios del proyecto produjeron nanopartículas entre un diez y un veinte por ciento más pequeñas que las producidas con un mezclador en T. También tenían una distribución de tamaños significativamente más pequeña y una mayor resistencia a la corrosión. También presentaban una distribución de tamaños significativamente menor y una elevada eficacia de encapsulación e integridad de las partículas.

Durante la fase clínica y la posterior etapa de producción se necesitan grandes cantidades de nanopartículas. También en este caso, la tecnología de Fraunhofer IPK y FDX Fluid Dynamix GmbH es impresionante: Los dos socios del proyecto desarrollaron y probaron mezcladores para distintas presiones y caudales. Los mezcladores más pequeños (FDmiX XS) pueden trabajar a caudales inferiores a 5 mililitros por minuto, mientras que los más grandes (FDmiX XL) pueden trabajar a más de 1,5 litros por minuto.

Amplia gama de aplicaciones para las nanopartículas FDmiX

Las nanopartículas producidas de este modo pueden utilizarse para una amplia gama de aplicaciones, mucho más allá de la encapsulación de ARNm y la estabilización de vacunas. Por ejemplo, esta tecnología también puede utilizarse en cardiología para el recubrimiento de catéteres cardíacos. Cuando se expande un catéter de balón durante un examen, las nanopartículas se absorben en la pared arterial, impidiendo que se formen allí nuevos depósitos. Esto puede ayudar a prevenir la estenosis o estrechamiento de los vasos sanguíneos. Las nanopartículas también se utilizan en la terapia de tumores, y las moléculas también pueden ser útiles en el tratamiento de enfermedades neurodegenerativas como el Alzheimer y otras formas de demencia.

Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.

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