Production en série rapide et robuste de nanoparticules
Technologie d'encapsulation de nouvelle génération
Les médicaments à base d'acide nucléique, tels que les vaccins à ARNm, offrent un énorme potentiel pour la médecine et ouvrent la voie à de nouvelles approches thérapeutiques. Ces ingrédients actifs doivent être enfermés dans des nanoparticules pour s'assurer qu'ils atteignent l'endroit où ils sont nécessaires à l'intérieur des cellules du corps. L'Institut Fraunhofer pour les systèmes de production et la technologie de conception IPK et FDX Fluid Dynamix GmbH ont collaboré au développement d'une plateforme technologique pour la production de nanoparticules permettant d'obtenir une qualité et une stabilité des particules à des niveaux jusqu'alors inaccessibles : FDmiX, abréviation de Fraunhofer Dynamic Mixing Technologies. L'entreprise suisse de produits chimiques et pharmaceutiques Lonza a désormais acquis une licence sur cette technologie pour ses propres activités de production dans le cadre des bonnes pratiques de fabrication (BPF).
Mélangeur FDmiX M pour la production de nanoparticules
© B. Bobusch/FDX Fluid Dynamix GmbH
L'ARN et l'ADN, tous deux des acides nucléiques, ne se trouvent pas seulement dans les cellules ; ils peuvent aussi être des composants de médicaments. Les vaccins à ARNm en sont un exemple largement connu depuis la pandémie de coronavirus. Les professionnels de la santé du monde entier fondent beaucoup d'espoir sur les ingrédients actifs à base d'acides nucléiques, qui offrent un potentiel thérapeutique pour des maladies jusqu'ici difficiles à traiter, y compris certaines formes de cancer. Cependant, le transport sûr et efficace de ces acides nucléiques sensibles jusqu'aux cellules, où les messages qu'ils portent peuvent être traduits en protéines, s'est révélé être un défi de taille jusqu'à présent. Une enveloppe protectrice est nécessaire pour faire pénétrer l'ingrédient actif sensible dans les cellules. Ces nanoparticules sont produites à l'aide de procédés de mélange de fluides. Un mélange très minutieux et rapide est nécessaire pour produire des particules de la qualité requise. Des mélangeurs à jet impactant (également connus sous le nom de mélangeurs en T ou en Y) sont disponibles pour les applications à l'échelle industrielle. Ils permettent un débit élevé, mais au détriment de la qualité du mélange.
Un mélange meilleur et plus rapide
Avec la plateforme Fraunhofer Dynamic Mixing Technologies (FDmiX), Fraunhofer IPK et FDX Fluid Dynamix GmbH ont réussi à combler le fossé entre la qualité du mélange et le débit. La plateforme FDmiX permet d'obtenir une qualité de mélange élevée et constante à toutes les échelles, du laboratoire à la production de masse. Elle a déjà passé avec succès des tests visant à produire des nanoparticules de lipides et de polymères ainsi que des nanoémulsions. Comme l'ont montré des tests approfondis, la qualité de mélange de la plateforme technologique FDmiX est supérieure à celle des systèmes disponibles à ce jour, ce qui permet de produire des particules à des niveaux de qualité jusqu'alors inatteignables. Le système est également impressionnant en termes de capacité de mise à l'échelle, puisque l'encapsulation peut se faire avec des flux de volume allant de 5 ml/min à 1,5 l/min sans affecter les propriétés des particules. Lonza, partenaire mondial de développement et de production pour les marchés pharmaceutiques, biotechnologiques et neutraceutiques, a acquis la licence de la technologie FDmiX brevetée et l'utilise déjà.
"Les cellules humaines se défendent contre le matériel génétique étranger. C'est pourquoi les principes actifs de l'ARNm doivent être enfermés dans des nanoparticules. Les particules agissent ainsi comme une enveloppe protectrice, encapsulant la substance jusqu'à ce qu'elle pénètre dans la cellule à l'intérieur du corps", explique Christoph Hein, chef de la division Technologie de l'ultra- et de la haute précision au Fraunhofer IPK de Berlin. Pour pouvoir produire les nanoparticules, l'ingrédient actif dissous dans un tampon doit être mélangé à une autre solution, telle qu'une solution lipidique. Une fois les deux liquides combinés, des nanoparticules lipidiques sont formées, qui à leur tour forment une enveloppe lipidique autour de l'ingrédient actif. "Avec la plateforme FDmiX, nous pouvons produire des particules beaucoup plus petites et homogènes et même ajuster leur taille. FDmiX nous permet de produire des mélanges d'un niveau d'homogénéité jusqu'alors inaccessible avec des temps de mélange très courts. C'est important, car la qualité du mélange détermine non seulement la qualité des nanoparticules, mais aussi, en fin de compte, leur efficacité.
Une conception astucieuse des buses permet de mélanger les nanoparticules de manière homogène
Mais comment combiner une qualité de mélange élevée et constante avec le débit ? La pièce maîtresse de la plateforme FDmiX est une buse OsciJet de FDX Fluid Dynamix GmbH. À l'intérieur de la buse, un jet de liquide est positionné sur l'un des côtés de la chambre principale. Avant de quitter la buse, une petite partie du jet est déviée dans un canal latéral. À l'extrémité du canal latéral, elle rencontre à nouveau le jet principal et le pousse de l'autre côté. Le jet principal oscille alors continuellement d'un côté à l'autre à une fréquence élevée. De cette manière, le jet de solution lipidique oscillant à travers la buse rencontre le flux de l'ingrédient actif ARNm à un angle perpendiculaire, créant un mélange homogène avec des nanoparticules de taille uniforme. En revanche, dans les essais des mélangeurs à impact conventionnels (également connus sous le nom de mélangeurs en T ou en Y), la solution lipidique et l'ingrédient actif ARNm entrent en collision avant de s'écouler ensemble dans le même canal. Cela crée un tourbillon dynamique, qui produit des particules inhomogènes de moindre qualité. "Lors de tests d'encapsulation d'ARNm dans des nanoparticules lipidiques utilisant différents mélangeurs et débits, FDmiX a généré des particules plus petites avec une distribution de taille significativement plus faible par rapport à un mélangeur en T au même débit", explique M. Hein. Lors des tests, les partenaires du projet ont produit des nanoparticules de 10 à 20 % plus petites que celles produites à l'aide d'un mélangeur en T. Elles présentaient également une distribution de taille significativement plus petite et un taux d'humidité plus élevé. Elles présentaient également une distribution de taille nettement plus petite et une grande efficacité d'encapsulation et d'intégrité des particules.
De grandes quantités de nanoparticules sont nécessaires au cours de la phase clinique et de la phase de production qui s'ensuit. Ici aussi, la technologie du Fraunhofer IPK et de FDX Fluid Dynamix GmbH est impressionnante : Les deux partenaires du projet ont développé et testé des mélangeurs pour différentes pressions et différents débits. Les plus petits mélangeurs (FDmiX XS) peuvent fonctionner à des débits inférieurs à 5 millilitres par minute, tandis que les plus grands (FDmiX XL) peuvent fonctionner à plus de 1,5 litre par minute.
Large éventail d'applications pour les nanoparticules FDmiX
Les nanoparticules ainsi produites peuvent être utilisées pour un large éventail d'applications, bien au-delà de l'encapsulation d'ARNm et de la stabilisation de vaccins. Par exemple, cette technologie peut également être utilisée en cardiologie pour le revêtement de cathéters cardiaques. Lorsqu'un cathéter à ballonnet est dilaté au cours d'un examen, les nanoparticules sont absorbées par la paroi artérielle, empêchant ainsi la formation de nouveaux dépôts. Cela peut contribuer à prévenir la sténose ou le rétrécissement des vaisseaux sanguins. Les nanoparticules sont également utilisées dans la thérapie des tumeurs, et les molécules peuvent également être utiles dans le traitement des maladies neurodégénératives telles que la maladie d'Alzheimer et d'autres formes de démence.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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