調整可能なポリマー-タンパク質ナノ粒子の高速ミリフルイディック合成

A rapid millifluidic synthesis of tunable polymer-protein nanoparticles.

• Joshua Seaberg
• Sina Kaabipour
• Shohreh Hemmati
• Joshua D Ramsey

抄録

高分子ナノ粒子は、免疫原性を低減し、循環時間を延長することにより、治療用タンパク質の有効性を高める能力があることから、近年注目されている。効果的ではあるが、現在、ほとんどのナノ粒子薬物送達システムはバッチプロセスで製造されており、制御パラメータやスケーラビリティに制限がある。これらの欠陥に対処するために、ミリ流体プロセスは、静電自己組織化機構を介してポリ（L-リジン）グラフトポリ（エチレングリコール）にウシ血清アルブミンをカプセル化するために開発されました。ミリ流体プロセスは、層流領域での自己組織化への拡散障壁を克服し、供給流量、チューブ材料、および超音波パワー入力を制御することによって調整可能なナノ粒子を生成するために超音波を利用した。ナノ粒子の直径は、0.1から0.4に至るまでの多分散指数の測定値と13から300 nmの範囲であった。コポリマーは、すべてのシステム構成でタンパク質を完全にカプセル化し、プロテアーゼの存在下でカプセル化されたタンパク質を保護した。注目すべきことに、ミリ流動性ナノ粒子の酵素活性は、バッチプロセスを介して生成されたナノ粒子のそれに匹敵すると遊離タンパク質のそれよりも大きかった、バッチとミリ流動プロセスを介して誘導された自己組織化にはほとんど違いがあることを示唆している。この研究では、ポリマー-タンパク質ナノ粒子の合成におけるミリ流体の有用性を提示し、ナノ粒子薬物送達システムの生産のための連続プロセスの開発への洞察を提供します。

Polymeric nanoparticles have drawn recent attention for their ability to enhance the efficacy of therapeutic proteins through reduced immunogenicity and extended circulation time. Though effective, most nanoparticle drug delivery systems are currently produced in batch processes that are limited in control parameters and scalability. To address these deficiencies, a millifluidic process was developed to encapsulate bovine serum albumin in poly(L-lysine)-grafted-poly(ethylene glycol) through an electrostatic self-assembly mechanism. The millifluidic process utilized ultrasonication to overcome the diffusional barriers to self-assembly in a laminar flow regime and produce a nanoparticle tunable by controlling the feed flow rate, tubing material, and ultrasonic power input. Nanoparticle diameters ranged from 13 to 300 nm with polydispersity index measurements ranging from 0.1 to 0.4. The copolymer fully encapsulated the protein in all system configurations and protected the encapsulated protein in the presence of proteases. Notably, the enzymatic activity of the millifluidic nanoparticles was both comparable to that of nanoparticles produced through the batch process and greater than that of the free protein, suggesting there is little difference in the self-assembly induced through the batch and millifluidic processes. This study presents the utility of millifluidics in the synthesis of polymer-protein nanoparticles and provides insight into the development of continuous processes for the production of nanoparticle drug delivery systems.

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