NanoParticelle lipidiche: produzione, utilizzo e caratterizzazione dimensionale inline nel contesto PAT con l’innovativa tecnica SR-DLS

Nello sviluppo dei farmaci moderni un ruolo essenziale in molte applicazioni è giocato dalle nanoparticelle a base di lipidi (Lb-NPs). Queste rappresentano i migliori sistemi in ambito drug delivery per la loro scarsa solubilità in acqua, per la loro alta bio-compatibilità e biodegradabilità. Inoltre, l’incapsulamento dei principi attivi nelle Lb-NP garantisce la somministrazione mirata dei farmaci nel corpo e ne stabilizza la formulazione diminuendone la deperibilità. Ad oggi questa classe di particelle è alla base di applicazioni di cruciale importanza come, ad esempio, le terapie per la cura del cancro e lo sviluppo dei vaccini contro il COVID-19.

Esistono differenti tipologie di nanoparticelle a base di lipidi, ognuna delle quali garantisce determinati vantaggi in altrettante applicazioni. In base alla loro struttura, possiamo dividere le Lb-NPs in Liposomi, NanoEmulsioni Lipidiche (LNE), Nanoparticelle lipidiche solide (SLN), Nanoparticelle lipidiche e vettori lipidici nanostrutturati (NLC).

Per ognuna di queste esiste un determinato processo di produzione, che rispetta severe regolamentazioni atte a garantire una elevatissima qualità del prodotto finale. Per questo motivo, i metodi di produzione devono tenere conto di una serie di parametri definiti come “Parametri Critici di Processo” (CPP), che hanno l’obbligo di essere controllati in tutta la fase di produzione. Tra i più importanti CPP troviamo: il grado di omogeneizzazione e/o di sonicazione, la pressione, la temperatura, la composizione dei solventi, la dimensione delle nanoparticelle e molti altri ancora. Naturalmente, tenere sotto controllo tutta la lista di CPP in fase di sviluppo e produzione rappresenta una delle attività che consuma più tempo e che richiede maggiore attenzione.

Il protocollo Process Analytical Technology (PAT) è stato definito, proprio in questo contesto, dalla Food & Drug Administration (FDA), come un sistema per progettare, analizzare e controllare la produzione attraverso misurazioni in real-time dei CPP. Questo, ha lo scopo di migliorarne la comprensione e di ottimizzare ogni fase del processo di produzione, garantendo una qualità del prodotto finale sempre costante e di altissimo livello. Inoltre, il PAT assicura un aumento nella produttività diminuendo i tempi per la caratterizzazione del prodotto, minimizzando i lotti da scartare e quindi diminuendo gli sprechi. Il prodotto va caratterizzato in tutte le diverse fasi, dallo sviluppo alla realizzazione finale e, per ogni CPP, esiste una tecnica dedicata: molte di queste tecniche agiscono direttamente in-line, ovvero durante la fase di produzione, senza dover interrompere alcun processo e rispettando quindi il protocollo PAT.

Sebbene sia stato dimostrato come la dimensione delle nanoparticelle risulti essere uno dei parametri chiave per la riuscita e l’efficacia del farmaco, poiché una dimensione non omogenea e/o lontana dagli standard (tipicamente nell’ordine dei 100nm) causa, tra le altre, difficoltà nell’assorbimento dello stesso da parte dell’organismo, attualmente il controllo sulla dimensione delle nanoparticelle viene effettuata principalmente tramite la tecnica Dynamic Light Scattering (DLS), che però, a causa delle sue forti limitazioni, impedisce di effettuare i controlli in tempo reale e direttamente in linea di produzione, dovendo altresì, testare il lotto a campione off-line.

L’innovativa tecnica Spatially Resolved Dynamic Light Scattering (SR-DLS) introdotta per la prima volta al mondo nel NanoFLowSizer di InProcess LSP, fornisce una svolta significativa nella caratterizzazione in linea della dimensione delle nanoparticelle e segna uno storico passo avanti nel mondo delle caratterizzazioni DLS.

Il NanoFlowSizer garantisce di effettuare misurazioni continue in-line e durante il flusso, potendo controllare e stabilizzare la dimensione delle nanoparticelle durante ogni fase di produzione, gestendo i parametri di processo nel contesto PAT.

La SR-DLS sfrutta l’Interferometria a Bassa Coerenza (LCI) per determinare istantaneamente i segnali diffusi dal campione a diverse profondità, potendo quindi determinare le dimensioni delle particelle durante il flusso (fino a 300 l/h), senza dover diluire i campioni anche se questi sono altamente torbidi.

Questo si traduce nella NON necessità di preparare il campione come nelle normali DLS, risparmiando tempo e potendo dimensionare le particelle come si vuole senza dover effettuare test a campione dei lotti di produzione.

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Dr. Alessio Spaziani
Dr. Alessio Spaziani

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