Los medicamentos a base de ácidos nucleicos, como las vacunas de ARNm, ofrecen un enorme potencial para la medicina y están abriendo nuevos enfoques terapéuticos. Estos ingredientes activos deben estar encerrados dentro de nanopartículas para garantizar que lleguen a donde se necesitan dentro de las células del cuerpo.
El Instituto Fraunhofer de Sistemas de Producción y Tecnología de Diseño IPK y FDX Fluid Dynamix GmbH han trabajado juntos para desarrollar una plataforma tecnológica para la producción de nanopartículas que puede alcanzar la calidad y estabilidad de las partículas a niveles que antes estaban fuera de alcance:FDmiX, abreviatura de Fraunhofer Dynamic Mixing Technologies . La empresa química y farmacéutica suiza Lonza ha obtenido la licencia de la tecnología para sus propias actividades de producción con buenas prácticas de fabricación (GMP).
El ARN y el ADN, ambos ácidos nucleicos, no sólo se encuentran en las células; también pueden ser componentes de medicamentos. Un ejemplo común ampliamente conocido de la pandemia de coronavirus son las vacunas de ARNm.
Los profesionales médicos de todo el mundo tienen muchas esperanzas sobre los ingredientes activos basados en ácidos nucleicos, que ofrecen potencial como terapias para enfermedades que antes eran difíciles de tratar, incluidas algunas formas de cáncer. Sin embargo, transportar de forma segura y eficaz estos ácidos nucleicos sensibles a las células, donde los mensajes que transportan pueden traducirse en proteínas, ha demostrado ser un desafío importante hasta el momento.
Se necesita una envoltura protectora para que el ingrediente activo sensible entre en las células. Estas nanopartículas se producen mediante procesos de mezcla de fluidos. Es necesaria una mezcla muy completa y rápida para producir partículas de la calidad requerida. Los mezcladores de chorro de impacto (también conocidos como mezcladores en T o mezcladores en Y) están disponibles para aplicaciones a escala industrial. Permiten un alto rendimiento, pero a expensas de la calidad de la mezcla.
En la plataforma Fraunhofer Dynamic Mixing Technologies (FDmiX), Fraunhofer IPK y FDX Fluid Dynamix GmbH han logrado cerrar la brecha entre la calidad de la mezcla y el rendimiento. La plataforma FDmiX permite una calidad de mezcla alta y constante a cualquier escala, desde el laboratorio hasta la producción en masa. Ya ha superado con éxito las pruebas destinadas a la producción de nanopartículas lipídicas y poliméricas y de nanoemulsiones.
Como han demostrado numerosas pruebas, la calidad de mezcla de la plataforma tecnológica FDmiX es superior a la de los sistemas disponibles hasta la fecha, lo que permite la producción de partículas a niveles de calidad previamente inalcanzables.
El sistema también impresiona por su capacidad de escalado, ya que la encapsulación puede realizarse con flujos de volumen que oscilan entre 5 ml/min y 1,5 l/min sin afectar las propiedades de las partículas.
Lonza, un socio global de desarrollo y producción para los mercados farmacéutico, biotecnológico y nutracéutico, ha obtenido la licencia de la tecnología patentada FDmiX y ya la está utilizando.
"Las células humanas se defienden contra el material genético extraño. Por eso los ingredientes activos del ARNm deben estar encerrados dentro de nanopartículas. Así, las partículas actúan como una envoltura protectora, encapsulando la sustancia hasta que ingresa en la célula dentro del cuerpo", dice Christoph Hein. jefe de la división de tecnología de ultra y alta precisión en Fraunhofer IPK en Berlín.
Para poder producir las nanopartículas, el ingrediente activo disuelto en un tampón debe mezclarse con otra solución, como por ejemplo una solución lipídica. Una vez que los dos líquidos se han combinado, se forman nanopartículas lipídicas que a su vez forman una envoltura lipídica alrededor del ingrediente activo.
"Con la plataforma FDmiX podemos producir partículas significativamente más pequeñas y homogéneas e incluso ajustar su tamaño. FDmiX nos permite producir mezclas con un nivel de homogeneidad antes inalcanzable con tiempos de mezcla muy cortos. Esto es relevante porque la calidad de la mezcla no solo determina la calidad de las nanopartículas, sino también su eficacia."
Pero, ¿cómo se puede combinar una calidad de mezcla alta y constante con el rendimiento? La pieza central de la plataforma FDmiX es una boquilla OsciJet de FDX Fluid Dynamix GmbH.
Dentro de la boquilla, se posiciona un chorro de líquido en uno de los lados de la cámara principal. Antes de salir de la boquilla, una pequeña parte del chorro se desvía hacia un canal lateral. Al final del canal lateral vuelve a encontrarse con el chorro principal y lo empuja hacia el otro lado. Esto hace que el chorro principal oscile continuamente de un lado a otro a alta frecuencia.
De esta manera, el chorro de solución lipídica que oscila a través de la boquilla se encuentra con la corriente del ingrediente activo de ARNm en un ángulo perpendicular, creando una mezcla homogénea con nanopartículas de tamaño uniforme.
Por el contrario, en las pruebas de mezcladores de choque convencionales (también conocidos como mezcladores en T o mezcladores en Y), la solución lipídica y el ingrediente activo de ARNm chocan antes de fluir juntos a través del mismo canal. Esto crea un vórtice dinámico, lo que da como resultado partículas no homogéneas de menor calidad.
"En las pruebas de encapsulación de ARNm en nanopartículas lipídicas utilizando diferentes mezcladores y caudales, FDmiX generó partículas más pequeñas con una distribución de tamaño significativamente menor en comparación con un mezclador en T con el mismo caudal", explica Hein.
En las pruebas, los socios del proyecto produjeron nanopartículas entre un 10 y un 20 % más pequeñas que las producidas con un mezclador en T. También tenían una distribución de tamaño significativamente más pequeña y una alta eficiencia de encapsulación e integridad de partículas.
Se necesitan grandes cantidades de nanopartículas durante la fase clínica y la posterior etapa de producción. También en este caso convence la tecnología de Fraunhofer IPK y FDX Fluid Dynamix GmbH:los dos socios del proyecto desarrollaron y probaron mezcladores para diferentes presiones y caudales. Los mezcladores más pequeños (FDmiX XS) pueden funcionar a caudales inferiores a 5 mililitros por minuto, mientras que los más grandes (FDmiX XL) pueden funcionar a más de 1,5 litros por minuto.
Las nanopartículas producidas de esta manera se pueden utilizar para una amplia gama de aplicaciones, mucho más allá de la encapsulación de ARNm y la estabilización de vacunas.
Por ejemplo, esta tecnología también se puede utilizar en cardiología para recubrimientos de catéteres cardíacos. Cuando se expande un catéter con balón durante un examen, las nanopartículas se absorben en la pared arterial, evitando que se formen nuevos depósitos allí. Esto puede ayudar a prevenir la estenosis o el estrechamiento de los vasos sanguíneos.
Las nanopartículas también se utilizan en la terapia tumoral y las moléculas también pueden ser útiles en el tratamiento de enfermedades neurodegenerativas como el Alzheimer y otras formas de demencia.
Proporcionado por Fraunhofer-Gesellschaft
