Estrusori di Liposomi: Cos'è, Come funziona, Vantaggi, Applicazioni, Classificazioni e Tipologie Una panoramica generale, tutto ciò che c'è da sapere Strumento: Estrusori per liposomi Genizer Nota anche come: Estrusori per esosomi, Estrusori per membrane cellulari artificiali; Dispositivi per la preparazione di liposomi mediante estrusione Vantaggi: Gli estrusori per liposomi vengono utilizzati principalmente per la formulazione di liposomi e per ottenere distribuzioni uniformi delle dimensioni. È uno strumento ideale per generare formulazioni di liposomi nanometrici e per preparare esosomi e membrane cellulari artificiali. Utilizzando membrane filtranti a tracce incise, gli estrusori per liposomi sono in grado di catturare particelle di grandi dimensioni, di precipitare e di ottenere una filtrazione sterile. Applicazioni: Ricerca e sviluppo per il sistema di somministrazione di farmaci liposomiali, vaccini, consegna di geni e cosmetici Principi di funzionamento: Un liposoma è una vescicola di forma sferica composta da bicigli liposidici. I bicigli liposidici sono componenti critici delle membrane cellulari, con proprietà idrofile e idrofobiche. In una soluzione acquosa, le estremità idrofobiche tendono a legarsi tra loro e a formare spontaneamente piccoli liposomi sferici. L'estrusore per liposomi è progettato per la preparazione di liposomi. È facile da usare, ha un'alta precisione nel controllo delle dimensioni delle particelle con distribuzioni ristrette e una buona ripetibilità. Finora è stato ampiamente utilizzato nella preparazione di prodotti liposomiali iniettabili complessi.
Figura 1 Liposoma per la somministrazione genica con bicigli liposidici La tecnologia di estrusione dei liposomi sfrutta le caratteristiche strutturali e di prestazione dei bicigli liposidici dei liposomi. Quando la temperatura operativa è leggermente superiore alla temperatura di transizione di fase dei bicigli liposidici, le vescicole di grandi dimensioni dei liposomi passeranno attraverso membrane in policarbonato con dimensioni di poro specifiche grazie a una certa forza di estrusione esterna. I liposomi di grandi dimensioni o i liposomi a compartimenti multipli si polimerizzano rapidamente in liposomi
di dimensioni più piccole dopo essere stati rotti dalla forza di taglio dei pori delle membrane. Poiché la dimensione del poro della membrana in policarbonato è fissa (ad esempio, 50 nm, 100 nm, 200 nm, 400 nm, 1 µm, ecc.) e la membrana di estrusione in policarbonato presenta distribuzioni verticali e uniformi di nanopori sulla superficie, quando le vescicole di grandi dimensioni passano attraverso la membrana con una dimensione di nanoporo specifica più volte, il campione viene estruso alla dimensione uniforme decisa dal poro.
Figura 2 Diagramma schematico che rappresenta l'estrusione di liposomi 1. Tipi comuni di estrusori per liposomi Gli estrusori per liposomi possono essere classificati in tre categorie: estrusori per liposomi azionati manualmente, estrusori per liposomi con serbatoio di raffreddamento e estrusori per liposomi online. Ogni categoria si basa su diverse fonti di alimentazione. 1.1 Estrusori per liposomi azionati manualmente Gli estrusori per liposomi azionati manualmente sono in grado di processare un volume di campione da 0,25 mL a 2,5 mL, il che li rende adatti per applicazioni con volumi di campione ridotti durante la fase sperimentale. Sono azionati semplicemente spingendo manualmente il pistone. Ci sono due tipi di estrusori azionati manualmente: estrusori a temperatura ambiente e estrusori con opzione di raffreddamento. Gli estrusori per liposomi azionati manualmente con serbatoio di raffreddamento sono progettati per le condizioni di estrusione al fine di controllare la temperatura del campione.
Figura 3 Estrusori per liposomi azionati manualmente 1.2 Estrusori per liposomi con serbatoio di raffreddamento Gli estrusori per liposomi con serbatoio di raffreddamento hanno una vasta gamma di capacità di processamento, da un volume di campione da 2 mL a 3 L a seconda dei modelli. Sono adatti per applicazioni su scala di laboratorio e su scala pilota. Sono azionati da un cilindro di azoto compresso. La maggior parte degli estrusori per liposomi con serbatoio di raffreddamento è progettata con un fusto a doppia parete per ottenere il controllo della temperatura del campione.
Figura 4 Estrusori per liposomi con serbatoio di raffreddamento 1.3 Estrusori per liposomi online Gli estrusori per liposomi online sono disponibili per capacità di elaborazione da 2 mL a 20 L a seconda dei diversi modelli. Questi estrusori sono più adatti per applicazioni su scala pilota. Sono alimentati da un'unità di pompa ad alta pressione o da altri attrezzature di produzione.
Figura 5 Estrusori per liposomi online 1.4 Sistema di estrusori per liposomi multipli Il sistema di estrusori per liposomi multipli è in grado di elaborare un volume da 1 L a 200 L. Presenta sia sensori di temperatura che di pressione nella linea di produzione, e un pannello di controllo per gestire la produzione di liposomi.
Figura 6 Sistemi di estrusori per liposomi multipli con pannello di controllo dell'estrusione di liposomi 2. Membrane di estrusione in policarbonato a tracce incise Le operazioni degli estrusori per liposomi richiedono membrane di estrusione di alta qualità. Le membrane di policarbonato a tracce incise del nucleo devono avere distribuzioni uniformi dei pori di filtrazione. In una membrana ideale, tutti i nanopori dovrebbero avere la stessa dimensione. Inoltre, la membrana di estrusione con distribuzione verticale dei pori favorisce la preparazione dell'estrusione dei liposomi.
Figura 7 Rappresentazione microscopica delle membrane di policarbonato a tracce incise In generale, selezionare la giusta dimensione delle membrane di policarbonato garantirà un'estrusione riuscita. È fortemente consigliato conoscere la dimensione iniziale delle particelle del campione di elaborazione prima dell'estrusione. Un altro fattore da considerare per la selezione della membrana è la dimensione desiderata delle particelle per il prodotto finale. Ad esempio, se la dimensione iniziale delle particelle del campione è di 1 μm e l'obiettivo è ottenere una dimensione delle particelle inferiore a 100 nm, ci sono due opzioni disponibili: 1) Estrusione ripetuta tramite membrane con pori delle dimensioni desiderate Ad esempio, l'utente può estrudere il campione attraverso una membrana di policarbonato da 100 nm usando un estrusore per liposomi più volte. Tuttavia, i problemi che potrebbero sorgere sono: 1) Difficoltà nel processo di estrusione; 2) Le grandi vescicole potrebbero ostruire la superficie della membrana di policarbonato, richiedendo la sostituzione con una nuova membrana, ecc. 2) Estrusione tramite membrane con diversa dimensione dei pori Questa procedura prevede l'utilizzo di membrane con diverse dimensioni dei pori per estrudere passo dopo passo. Ad esempio, il campione viene estruso attraverso una membrana di policarbonato da 400 nm inizialmente e si osserva il processo di estrusione. Se è difficile estrudere il campione attraverso le membrane da 400 nm, si sostituisce la membrana con una dimensione di poro più grande, ad esempio 800 nm, per effettuare l'estrusione 3-5 volte. Questo può essere ottimizzato durante il processo. Dopo la prima estrusione, si seleziona una membrana di policarbonato con una dimensione di poro più piccola, come 100 nm o 80 nm, per effettuare un'altra estrusione. Le membrane di policarbonato da 200 nm possono essere utilizzate come transizione se l'estrusione è difficile attraverso le membrane da 100 nm. 3) Metodo di omogeneizzazione ad alta pressione-estrusione Il campione può essere prima omogeneizzato ad alta pressione e quindi estruso attraverso una membrana di policarbonato da 100 nm o 80 nm. (Figura 8)
Figura 8 Omogeneizzatore ad alta pressione combinato con estrusore per liposomi online