Фотография микшера SNaP сверху вниз, на которой показаны потоковые соединения и шприцевой насос. Автор: Паркер К. Льюис
Исследователи из Инженерной школы Тандон при Нью-Йоркском университете разработали новый метод создания микроскопических капсул для доставки лекарств, который решает фундаментальную проблему фармацевтического производства.
Метод, получивший название «последовательное наноосаждение» (Sequential NanoPrecipitation, SNaP), позволяет решить проблему производства однородных частиц для доставки лекарств точно заданного размера в промышленных масштабах. Существующие методы либо обеспечивают превосходный контроль, но позволяют производить только небольшие партии, либо позволяют производить большие объёмы, но с меньшей точностью. Этот компромисс ограничивает разработку передовых систем доставки лекарств.
Исследование, опубликованное в ACS Engineering Au, направлено на решение этой проблемы и представляет собой значительный шаг вперёд в реализации миссии Натали Пинкертон по разработке универсальных систем доставки лекарств. Статья была выбрана редакцией ACS как представляющая потенциальный интерес для широкой аудитории.
Ранее Пинкертон работал в отделе онкологических исследований компании Pfizer, где разрабатывал новые нанопрепараты для лечения солидных опухолей. Сейчас он является доцентом кафедры химической и биомолекулярной инженерии (CBE) Тандонского факультета Нью-Йоркского университета и занимается созданием масштабируемых решений, которые можно «перенести из лаборатории к постели пациента».
Новое исследование превращает SNaP из многообещающей экспериментальной технологии в предсказуемый производственный процесс, предоставляя фундаментальные знания, необходимые для систематического контроля свойств частиц.
«Это всё равно что пытаться постоянно печь идеальное печенье, — сказал Пинкертон, старший автор статьи. — Вы можете испечь дюжину одинаковых печений за один раз на своей кухне, но когда вы пытаетесь испечь тысячу печений за один раз, возникают сложности. Тесто не перемешивается должным образом, некоторые печенья подгорают, а другие остаются сырыми. Вам нужно переосмыслить процесс, чтобы получать такое же вкусное печенье в больших количествах».
Микрочастицы для доставки лекарств (капсулы толщиной около одной тысячной толщины человеческого волоса) уже используются в нескольких одобренных FDA методах лечения, включая препараты длительного действия при опиоидной зависимости, шизофрении и заболеваниях сердца. Эти крошечные носители могут инкапсулировать лекарства и медленно высвобождать их с течением времени, сокращая частоту инъекций и повышая комплаентность пациентов.
Исследователи продемонстрировали точный контроль над размером частиц в диапазоне от 1,6 до 3,0 микрометров, который, по их словам, идеально подходит для ингаляционного введения. Размер — ключевой параметр, влияющий на поведение частиц в организме и высвобождение лекарственного средства.
Процесс SNaP заключается в тщательно контролируемом смешивании в камерах миллиметрового размера. На первом этапе поток, содержащий растворённое лекарственное средство и основные полимерные материалы, быстро смешивается с водой, в результате чего материалы выпадают в осадок и образуют крошечные ядра. На втором этапе, после точно рассчитанной задержки, добавляются стабилизирующие вещества, которые останавливают рост и фиксируют нужный размер.
«Представьте, что вы используете таймер для запуска и остановки», — говорит Паркер Льюис, ведущий автор исследования и кандидат наук в докторантуре Тандонского института Нью-Йоркского университета. «Первый смеситель запускает процесс роста частиц, а второй останавливает его на определённом размере, покрывая частицы антипригарным слоем».
Регулируя время задержки между двумя этапами смешивания, измеряемое в миллисекундах, исследователи могут контролировать размер частиц.
Узнавайте о последних достижениях в области науки, технологий и космоса вместе с более чем 100 000 подписчиками, которые ежедневно получают полезную информацию на Phys.org. Подпишитесь на нашу бесплатную рассылку и получайте новости о важных открытиях, инновациях и исследованиях — ежедневно или еженедельно.
Что делает технологию SNaP особенно значимой, так это её потенциал в плане масштабируемости. Традиционные прецизионные методы, такие как микрофлюидика, позволяют получать лишь небольшое количество частиц — около 6 граммов в час. Промышленные методы, такие как распылительная сушка, позволяют получать гораздо большее количество частиц, но с плохим контролем их размера. Технология SNaP, работающая в непрерывном режиме, в лабораторных условиях продемонстрировала производительность от 144 до 360 граммов микрочастиц в час с возможностью дальнейшего масштабирования с использованием более крупного смесительного оборудования.
Исследователи подтвердили эффективность своего подхода, успешно инкапсулировав итраконазол, противогрибковый препарат, и добившись эффективности инкапсуляции 83–85 %, то есть практически не потеряв препарат в процессе.
Этот метод особенно ценен для фармацевтической промышленности, поскольку он позволяет решить известную проблему при разработке лекарств. Многие перспективные концепции доставки лекарств не находят применения, поскольку их невозможно стабильно производить в промышленных масштабах.
Для пациентов главным преимуществом может стать более эффективное лечение с меньшим количеством побочных эффектов, а также более удобный график приёма лекарств. Технология должна пройти более масштабные испытания и, в конечном счёте, клинические исследования, которые могут занять несколько лет.
Дополнительная информация: Паркер К. Льюис и др., «Параметры процесса и состава, определяющие образование полимерных микрочастиц методом последовательного наноосаждения (SNaP)», ACS Engineering Au (2025). DOI: 10.1021/acsengineeringau.5c00035
Источник: PHYS.ORG
