این یک SNaP است: تکنیک جدید راه را برای تولید نانوذرات درمانی مقیاس پذیر هموار می کند

این مقاله حمایت شده توسط شما برای شما آورده شده است دانشکده مهندسی دانشگاه نیویورک تاندون.

در یک پیشرفت قابل توجه در زمینه دارورس،، محققان تکنیک جدیدی را توسعه داده اند که به یک چالش پایدار پاسخ می دهد: تولید مقیاس پذیر نانوذرات و ریزذرات. این نوآوری، به رهبری ناتالی ام. پینکرتوناستادیار مهندسی شیمی و بیومولکولی در دانشکده مهندسی تاندون NYU، وعده می دهد که شکاف بین تحقیقات تحویل دارو در مقیاس آزمایشگاهی و تولید دارویی در مقیاس بزرگ را پر کند.

این پیشرفت که به ،وان نانو بارش متوالی (SNaP) شناخته می شود، بر اساس تکنیک های نانو بارش موجود است تا کنترل و مقیاس پذیری بهبود یافته را ارائه دهد، عواملی ضروری برای اطمینان از اینکه فناوری های تحویل دارو به طور کارآمد و مؤثر به بیماران می رسند. این تکنیک دانشمندان را قادر می سازد تا تولید ذرات حامل دارو که یکپارچگی ساختاری و شیمیایی خود را از محیط های آزمایشگاهی تا تولید انبوه حفظ می کنند.- یک گام اساسی در جهت ارائه درمان های جدید به بازار.

استفاده از پرینت سه بعدی برای غلبه بر چالش در تحویل دارو

نانوذرات و ریزذرات وعده های فوق العاده ای برای تحویل داروی هدفمند دارند و امکان انتقال دقیق داروها به طور مستقیم به محل های بیماری را فراهم می کنند و در عین حال عوارض جانبی را به حداقل می رسانند. با این حال، تولید این ذرات به طور مداوم در مقیاس مانع اصلی در ترجمه تحقیقات امیدوارکننده به درمان های قابل دوام بوده است. همانطور که پینکرتون توضیح می دهد، «یکی از بزرگترین موانع برای ترجمه بسیاری از این داروهای دقیق، ساخت آن است. با SNaP، ما با این چالش روبرو هستیم.

پینکرتون استادیار مهندسی شیمی و بیومولکولی در دانشگاه نیویورک تاندون است.دانشکده مهندسی دانشگاه نیویورک تاندون

روش های سنتی مانند Flash Nano-Recipitation (FNP) در ایجاد برخی از انواع نانوذرات موفق بوده اند، اما اغلب برای تولید ذرات بزرگ تر، که برای مسیرهای تحویل خاص مانند تحویل قابل استنشاق ضروری هستند، تلاش می کنند. FNP نانوذرات هسته-پوسته پلیمری (NPs) بین 50 تا 400 نانومتر ایجاد می کند. این فرآیند شامل مخلوط ، مولکول های دارو و بلوک کوپلیمرها (مولکول های ویژه ای که به تشکیل ذرات کمک می کنند) در یک حلال است که سپس با استفاده از مخلوط کن های مخصوص به سرعت با آب مخلوط می شود. این می،رها محیط های کوچک و کنترل شده ای را ایجاد می کنند که در آن ذرات می توانند به سرعت و به طور یکنواخت تشکیل شوند.

علیرغم موفقیت، FNP محدودیت هایی دارد: نمی تواند ذرات پایداری بزرگتر از 400 نانومتر ایجاد کند، حدا،ر محتوای دارو حدود 70 درصد است، ،وجی آن کم است و فقط می تواند با مولکول های بسیار آبگریز (آب دفع کننده) کار کند. این مسائل به این دلیل به وجود می آیند که تشکیل هسته ذرات و تثبیت ذرات به طور همزمان در FNP اتفاق می افتد. فرآیند جدید SNaP با جداسازی مراحل تشکیل هسته و تثبیت بر این محدودیت ها غلبه می کند.

در فرآیند SNaP، دو مرحله اختلاط وجود دارد. ابتدا اجزای هسته با آب مخلوط می شوند تا شروع به تشکیل هسته ذرات کنند. سپس یک عامل تثبیت کننده اضافه می شود تا رشد هسته را متوقف کند و ذرات را تثبیت کند. این مرحله دوم باید به سرعت و کمتر از چند میلی ث،ه پس از مرحله اول انجام شود تا اندازه ذرات کنترل شود و از تجمع جلوگیری شود. تنظیمات SNaP فعلی دو می،ر تخصصی را به صورت سری به هم متصل می کنند و زمان تاخیر بین مراحل را کنترل می کنند. با این حال، این تنظیمات با چالش هایی از جمله هزینه های بالا و مشکلات در دستیابی به زمان های تاخیر کوتاه مورد نیاز برای تشکیل ذرات کوچک مواجه هستند.

یک رویکرد جدید با استفاده از پرینت سه بعدی بسیاری از این چالش ها را حل کرده است. اکنون پیشرفت در فناوری چاپ سه بعدی امکان ایجاد کانال های دقیق و باریک مورد نیاز برای این می،رها را فراهم می کند. طراحی جدید نیاز به لوله های خارجی بین مراحل را از بین می برد و امکان تأخیر کوتاه تر و جلوگیری از نشتی را فراهم می کند. طراحی خلاقانه می،ر انباشته دو می،ر را در یک راه اندازی واحد ،یب می کند و فرآیند را کارآمدتر و کاربر پسندتر می کند.

یکی از بزرگترین موانع برای ترجمه بسیاری از این داروهای دقیق، ساخت آن است. با SNaP، ما با این چالش روبرو هستیم.
-ناتالی ام. پینکرتون، نیویورک تاندون

با استفاده از این طرح جدید می،ر SNaP، محققان با موفقیت طیف وسیعی از نانوذرات و ریزذرات مملو از روبرن (یک رنگ فلورسنت) و سیناریزین (داروی آبگریز ضعیفی که برای درمان تهوع و استفراغ استفاده می شود) ایجاد کرده اند. این اولین بار است که نانوذرات کوچک زیر 200 نانومتر و ریزذرات با استفاده از SNaP ساخته می شوند. تنظیم جدید همچنین اهمیت حیاتی زمان تاخیر بین دو مرحله اختلاط را در کنترل اندازه ذرات نشان داد. این کنترل بر زمان تاخیر، محققان را قادر می سازد تا به محدوده بزرگتری از اندازه ذرات دسترسی داشته باشند. علاوه بر این، کپسوله سازی موفق داروهای آبگریز و ضعیف آبگریز در نانوذرات و میکروذرات با SNaP برای اولین بار توسط تیم Pinkerton به دست آمد.

دموکراتیک ، دسترسی به تکنیک های پیشرفته

فرآیند SNaP نه تنها نوآورانه است، بلکه عملی منحصر به فرد را ارائه می دهد که دسترسی به این فناوری را دموکراتیک می کند. پینکرتون می گوید: «ما طراحی می،رهای خود را به اشتراک می گذاریم و نشان می دهیم که می توان آنها را با استفاده از چاپ سه بعدی تولید کرد. این رویکرد به آزمایشگاه های دانشگاهی و حتی بازیگران صنایع در مقیاس کوچک اجازه می دهد تا بدون سرمایه گذاری در تج،ات گران قیمت، این تکنیک ها را آزمایش کنند.»

یک شماتیک مخلوط کن انباشته، با یک مرحله ورودی برای اتصالات سرنگ (بالا)، که بلافاصله به اولین مرحله اختلاط (وسط) متصل می شود. مرحله اول اختلاط قابل تعویض است، با گزینه می،ر 2 ورودی یا 4 ورودی بسته به رژیم اندازه ذرات مورد نظر (جریان های ضد حلال نقطه ای فقط در مخلوط کن 4 ورودی وجود دارد). این مرحله همچنین شامل عبور جریان های مورد استفاده در مرحله اختلاط دوم است. تمام جریان ها در مرحله اختلاط دوم (پایین) با هم مخلوط شده و از دستگاه خارج می شوند.

دسترسی به فناوری SNaP می تواند پیشرفت ها در زمینه دارورس، را تسریع کند و محققان و شرکت های بیشتری را برای استفاده از نانوذرات و ریزذرات در توسعه درمان های جدید توانمند کند.

پروژه SNaP نمونه ای از یک تلاش موفق بین رشته ای است. پینکرتون تنوع تیم را برجسته کرد، که شامل متخصصان در مهندسی مک،ک و فرآیند و همچنین مهندسی شیمی بود. او خاطرنشان کرد: «این واقعاً یک پروژه بین رشته ای بود.

فراتر از این پیشرفت، پینکرتون SNaP را به ،وان بخشی از مأموریت گسترده تر خود برای توسعه سیستم های تحویل داروی جه، در نظر می گیرد، که در نهایت می تواند مراقبت های بهداشتی را با اجازه دادن به راه حل های تحویل داروی همه کاره، مقیاس پذیر و قابل تنظیم تغییر دهد.

از صنعت تا دانشگاه: اشتیاق برای نوآوری

پینکرتون قبل از رسیدن به دانشگاه نیویورک تاندون، سه سال را در واحد تحقیقات انکولوژی فایزر گذراند، جایی که او نانوداروهای جدیدی را برای درمان تومورهای جامد توسعه داد. او می گوید که این تجربه بسیار ارزشمند بود. او خاطرنشان می کند: «کار در صنعت به شما یک دیدگاه دنیای واقعی در مورد آنچه امکان پذیر است، می دهد. "هدف انجام تحقیقات ترجمه ای است، به این م،ی که از روی نیمکت آزمایشگاه به بالین بیمار "ترجمه" می شود.

پینکرتون - که مدرک لیسانس مهندسی شیمی از موسسه فناوری ماساچوست (2008) و مدرک دکترا در مهندسی شیمی و بیولوژیکی از دانشگاه پرینستون گرفت - تا حدی به دلیل فرصتی برای همکاری با محققان در سراسر جهان، جذب دانشگاه نیویورک تاندون شد. ا،یستم NYU، که امیدوار است با آنها نانومواد جدیدی ایجاد کند که می تواند برای تحویل کنترل شده دارو و سایر موارد استفاده شود. برنامه های زیستی

او همچنین به دلیل علاقه به تدریس به دانشگاه آمد. در فایزر، او به تمایل خود برای راهنمایی دانشجویان و پیگیری تحقیقات بین رشته ای و نوآورانه پی برد. «دانشجویان اینجا می خواهند مهندس شوند. آنها می خواهند تغییری در جهان ایجاد کنند.

تیم او در گروه تحقیقاتی پینکرتون بر روی توسعه مواد نرم پاسخگو برای کاربردهای زیستی از تحویل کنترل شده دارو گرفته تا وا،ن ها تا تصویربرداری پزشکی تمرکز دارد. آنها با اتخاذ رویکردی بین رشته ای، از ابزارهایی از مهندسی شیمی و مواد، نانوتکنولوژی، شیمی و زیست شناسی برای ایجاد مواد نرم از طریق فرآیندهای مصنوعی مقیاس پذیر استفاده می کنند. آنها بر درک چگونگی کنترل پارامترهای فرآیند خواص نهایی مواد و به ،ه خود، نحوه رفتار مواد در سیستم های بیولوژیکی تمرکز می کنند - هدف نهایی یک پلت فرم جه، تحویل دارو است که نتایج سلامتی را در بین بیماری ها و اختلالات بهبود می بخشد.

فناوری SNaP او نشان دهنده یک جهت جدید امیدوارکننده در تلاش برای مقیاس بندی مؤثر راه حل های تحویل دارو است. با کنترل فرآیندهای مونتاژ با دقت میلی ث،ه، این روش دری را برای ایجاد معماری های ذرات پیچیده تر باز می کند و رویکردی مقیاس پذیر برای پیشرفت های پزشکی آینده ارائه می کند.

برای حوزه تحویل دارو، آینده روشن است زیرا SNaP راه را به سوی عصر راه حل های قابل دسترس تر، سازگارتر و مقیاس پذیرتر هموار می کند.