Lipid Nanoparticle and Liposome Characterization with FFF-MALS-DLS

Význam tématu

Charakterizace lipidových nanočástic a liposomů je zásadní pro vývoj bezpečných a účinných léčivých systémů. Přesná analýza velikosti, tvaru a stability částic umožňuje optimalizovat jejich farmakokinetiku, cílení a uvolňování aktivní látky. S narůstajícími nároky regulačních orgánů na detailní data o distribučních profilech a fyzikálně-chemických vlastnostech je nutné používat vysoce citlivé a kvantitativní technologie.

Cíle a přehled studie / článku

Článek popisuje aplikaci metody kombinující asymetrickou field-flow fractionation (FFF) s detekcí víceúhlého rozptylu světla (MALS) a dynamického rozptylu světla (DLS), doplněnou o UV/Vis, fluorescenční a refraktometrické detektory. Cílem je porovnat tuto techniku s běžnými přístupy (DLS v šarži, elektronová mikroskopie, NTA) a demonstrovat její přínos v charakterizaci tří typů lipidových nanočástic (nanoemulze, SLN, NLC), ve sledování stability a v modelovém testu přenosu léčiva.

Použitá metodika a instrumentace

Analytický systém sestává ze dvou bloků:

• Separační část: Eclipse FFF modul integrovaný s HPLC komponentami (pumpa, degasser, autosampler).
• Charakterizační část: DAWN MALS detektor s integrovaným WyattQELS DLS modulem, doplněný online UV/Vis, fluorescenčními a refraktometrickými detektory.

Metoda umožňuje: separovat částice podle hydrodynamického poloměru, získat absolutní hodnoty poloměru gyrace (Rg) a hydrodynamického poloměru (Rh), a stanovit povrchový náboj a složení díky dalším detektorům.

Hlavní výsledky a diskuse

1) Porovnání SLN, NLC a nanoemulze:

• Nanoemulze vykazovala kulovitý tvar a menší Rg v porovnání s SLN a NLC.
• SLN a NLC měly vyloučené frakce s vyššími hodnotami Rg a Rh naznačující elipsodální či jehlovité tvary.
• Výsledky FFF-MALS-DLS potvrdily interpretaci elektronových mikroskopických snímků a odhalily rozdíl v morfologii, který šaržová DLS nezjistila.

2) Preklinická stabilita a interakce s biologickým médiem:

• U modelových nanočástic Lipidots byla během 6měsíčního skladování pozorována nárůst průměrného poloměru a změny rozložení velikostí.
• V přítomnosti séra dokáže FFF oddělit lipoproteiny a proteiny od nosičů, odhalit úzké změny frakčních šířek a tvaru, zatímco šaržová DLS a NTA selhávají.

3) Modelový test přenosu léčiva:

• Donorové liposomy inkubované s akceptorovými multilaminárními vezikuly odhalily kinetiku a míru přenosu barviva jako modelu léčiva.
• FFF-MALS-UV/fluorescenční detekce umožnila bezštítkovou, přesnou analýzu frakcí s vysokou hmotnostní dávkou vzorku, což při centrifugaci není možné.

Přínosy a praktické využití metody

• Kvantitativní a reprezentativní distribuční profily velikostí přes rozsah od desítek do stovek nanometrů.
• Bez biasu vůči velkým aj malým částicím, na rozdíl od šaržové DLS či NTA.
• Možnost online sledování stability, agregace, spouštění uvolňování léčiva a interakcí s biologickými matricemi.
• Splnění požadavků FDA na detailní rozložení velikostí, stabilitu a integritu liposomálních přípravků.

Budoucí trendy a možnosti využití

Metoda FFF-MALS-DLS se bude dále rozvíjet v následujících směrech:

• Rozšíření na screening komplexních biologických vzorků (plazma, sérum) a studium proteinových korun.
• Integrace s hmotnostní spektrometrií a spektrálními technikami pro složkovou analýzu.
• Vývoj miniaturizovaných, automatizovaných systémů pro rychlé high-throughput testy stability a přenosu léčiva.
• Využití v regulaci a validaci výrobních procesů při vývoji nanoformulací léčiv.

Závěr

Asymetrická field-flow fractionation spojená s multi-úhlovým a dynamickým rozptylem světla představuje robustní a vysoce informační platformu pro charakterizaci lipidových nanočástic. Kombinace separace a online detekce poskytuje detailní, absolutní a kvantitativní údaje nezbytné pro vývoj, kontrolu kvality a schválení nových lékových nosičů.

Reference

1. Wyatt Technology White Paper WP2606: Exosome characterization by FFF-MALS-DLS.
2. S. Podzimek, Light Scattering, Size-exclusion Chromatography and AF4, John Wiley & Sons, 2012.
3. Jores et al., J Control Release 95(2):217-227, 2004.
4. Caputo et al., Mol Pharm 16(2):756-767, 2019.
5. Hinna et al., J Control Release 232:228-237, 2016.
6. FDA Guidance for Industry: Liposome drug products, 2018.