I farmaci a base di acidi nucleici, come i vaccini a mRNA, offrono un enorme potenziale per la medicina e stanno aprendo la strada a nuovi approcci terapeutici. Questi principi attivi devono essere racchiusi all'interno di nanoparticelle per garantire che arrivino dove sono necessari all'interno delle cellule del corpo.
L'Istituto Fraunhofer per i sistemi di produzione e la tecnologia di progettazione IPK e FDX Fluid Dynamix GmbH hanno collaborato per sviluppare una piattaforma tecnologica per la produzione di nanoparticelle in grado di raggiungere qualità e stabilità delle particelle a livelli precedentemente irraggiungibili:FDmiX, abbreviazione di Fraunhofer Dynamic Mixing Technologies . L'azienda chimica e farmaceutica svizzera Lonza ha ora concesso in licenza la tecnologia per le proprie attività di produzione di buone pratiche di fabbricazione (GMP).
L'RNA e il DNA, entrambi acidi nucleici, non si trovano solo nelle cellule; possono anche essere componenti di farmaci. Un esempio comune ampiamente noto della pandemia di coronavirus sono i vaccini mRNA.
I professionisti medici di tutto il mondo nutrono grandi speranze nei confronti dei principi attivi a base di acido nucleico, che offrono potenzialità terapeutiche per malattie precedentemente difficili da trattare, comprese alcune forme di cancro. Tuttavia, il trasporto sicuro ed efficace di questi acidi nucleici sensibili alle cellule, dove i messaggi che trasportano possono essere tradotti in proteine, si è rivelato finora una sfida significativa.
Per far penetrare il sensibile principio attivo nelle cellule è necessario un involucro protettivo. Queste nanoparticelle vengono prodotte utilizzando processi di miscelazione dei fluidi. Per produrre particelle della qualità richiesta è necessaria una miscelazione molto accurata e rapida. I miscelatori a getto d'urto (noti anche come miscelatori a T o miscelatori a Y) sono disponibili per applicazioni su scala industriale. Consentono un rendimento elevato, ma a scapito della qualità della miscelazione.
Nella piattaforma Fraunhofer Dynamic Mixing Technologies (FDmiX), Fraunhofer IPK e FDX Fluid Dynamix GmbH sono riusciti a colmare il divario tra qualità di miscelazione e produttività. La piattaforma FDmiX consente una qualità di miscelazione costantemente elevata su qualsiasi scala, dal laboratorio fino alla produzione di massa. Ha già superato con successo test volti alla produzione di nanoparticelle lipidiche e polimeriche e di nanoemulsioni.
Come hanno dimostrato test approfonditi, la qualità di miscelazione della piattaforma tecnologica FDmiX è superiore ai sistemi disponibili fino ad oggi, consentendo la produzione di particelle a livelli di qualità precedentemente irraggiungibili.
Il sistema è impressionante anche in termini di capacità di ridimensionamento, poiché l'incapsulamento può avvenire con flussi di volume compresi tra 5 ml/min e 1,5 l/min senza influire sulle proprietà delle particelle.
Lonza, un partner globale di sviluppo e produzione per i mercati farmaceutico, biotecnologico e nutraceutico, ha concesso in licenza la tecnologia brevettata FDmiX e la sta già utilizzando.
"Le cellule umane si difendono dal materiale genetico estraneo. Ecco perché i principi attivi dell'mRNA devono essere racchiusi all'interno di nanoparticelle. Le particelle agiscono quindi come un involucro protettivo, incapsulando la sostanza finché non entra nella cellula all'interno del corpo", spiega Christoph Hein, capo della divisione Tecnologie ad altissima e alta precisione presso Fraunhofer IPK a Berlino.
Per poter produrre le nanoparticelle, il principio attivo disciolto in un tampone deve essere miscelato con un'altra soluzione, ad esempio una soluzione lipidica. Una volta uniti i due liquidi si formano nanoparticelle lipidiche che a loro volta formano un involucro lipidico attorno al principio attivo.
"Con la piattaforma FDmiX, possiamo produrre particelle significativamente più piccole e più omogenee e persino regolarne le dimensioni. FDmiX ci consente di produrre miscele di un livello di omogeneità precedentemente irraggiungibile con tempi di miscelazione molto brevi. Ciò è importante perché la qualità della miscelazione non solo determina la qualità delle nanoparticelle, ma in definitiva anche quanto sono efficaci."
Ma come si può combinare una qualità di miscelazione elevata e costante con la produttività? Il fulcro della piattaforma FDmiX è un ugello OsciJet di FDX Fluid Dynamix GmbH.
All'interno dell'ugello, su uno dei lati della camera principale, è posizionato un getto di liquido. Prima di uscire dall'ugello, una piccola parte del getto viene deviata in un canale laterale. Alla fine del canale laterale incontra nuovamente il getto principale e lo spinge dall'altra parte. Ciò fa sì che il getto principale oscilli continuamente da un lato all'altro ad alta frequenza.
In questo modo, il getto di soluzione lipidica che oscilla attraverso l'ugello incontra con un angolo perpendicolare il flusso del principio attivo mRNA, creando una miscela omogenea con nanoparticelle di dimensione uniforme.
Nei test con miscelatori ad impatto convenzionali (noti anche come miscelatori a T o miscelatori a Y), al contrario, la soluzione lipidica e il principio attivo dell'mRNA si scontrano prima di fluire insieme attraverso lo stesso canale. Questo crea un vortice dinamico, risultando in particelle disomogenee di qualità inferiore.
"Nei test di incapsulamento sull'mRNA in nanoparticelle lipidiche utilizzando miscelatori e velocità di flusso diversi, FDmiX ha generato particelle più piccole con una distribuzione dimensionale significativamente inferiore rispetto a un miscelatore T alla stessa velocità di flusso," spiega Hein.
Nei test, i partner del progetto hanno prodotto nanoparticelle più piccole di circa il 10-20% rispetto a quelle prodotte utilizzando un miscelatore a T. Presentavano inoltre una distribuzione dimensionale significativamente più piccola, un'elevata efficienza di incapsulamento e integrità delle particelle.
Durante la fase clinica e la successiva fase di produzione sono necessarie grandi quantità di nanoparticelle. Anche in questo caso la tecnologia di Fraunhofer IPK e FDX Fluid Dynamix GmbH è impressionante:i due partner del progetto hanno sviluppato e testato miscelatori per diverse pressioni e portate. I miscelatori più piccoli (FDmiX XS) possono funzionare a portate inferiori a 5 millilitri al minuto, mentre il più grande (FDmiX XL) può funzionare a più di 1,5 litri al minuto.
Le nanoparticelle prodotte in questo modo possono essere utilizzate per un'ampia gamma di applicazioni, ben oltre l'incapsulamento dell'mRNA e la stabilizzazione dei vaccini.
Ad esempio, questa tecnologia può essere utilizzata anche in cardiologia per i rivestimenti di cateteri cardiaci. Quando un catetere a palloncino viene espanso durante un esame, le nanoparticelle vengono assorbite nella parete arteriosa, impedendo la formazione di nuovi depositi. Questo può aiutare a prevenire la stenosi o il restringimento dei vasi sanguigni.
Le nanoparticelle vengono utilizzate anche nella terapia dei tumori e le molecole potrebbero essere utili anche nel trattamento di malattie neurodegenerative come l'Alzheimer e altre forme di demenza.
Fornito da Fraunhofer-Gesellschaft
