开发快速 稳健的纳米粒子系列生产技术平台

mRNA疫苗等基于核酸的药物为医学提供了巨大的潜力，并正在开辟新的治疗方法。这些活性成分必须封装在纳米颗粒内，以确保它们到达人体细胞内需要的地方。

弗劳恩霍夫生产系统和设计技术研究所IPK和FDXFluidDynamixGmbH共同开发了一个用于生产纳米颗粒的技术平台，该平台可以实现以前无法达到的颗粒质量和稳定性水平：FDmiX，弗劳恩霍夫动态混合技术的缩写。瑞士化学和制药公司龙沙(Lonza)现已授权该技术用于其自身的良好生产规范(GMP)生产活动。

RNA和DNA都是核酸，不仅存在于细胞中，而且也存在于细胞中。它们也可以是药物的成分。冠状病毒大流行中广为人知的一个常见例子是mRNA疫苗。

世界各地的医学专业人士对基于核酸的活性成分充满希望，它为治疗以前难以治疗的疾病(包括某些形式的癌症)提供了潜力。然而，迄今为止，安全有效地将这些敏感核酸运输到细胞中，将它们携带的信息转化为蛋白质，已被证明是一个重大挑战。

需要一个保护膜才能让敏感的活性成分进入细胞。这些纳米颗粒是使用流体混合过程生产的。为了产生所需质量的颗粒，需要非常彻底、快速的混合。冲击喷射混合器(也称为T型混合器或Y型混合器)可用于工业规模的应用。它们可实现高通量，但以牺牲混合质量为代价。

更好、更快的混合

在弗劳恩霍夫动态混合技术(FDmiX)平台中，弗劳恩霍夫IPK和FDXFluidDynamixGmbH成功缩小了混合质量和产量之间的差距。FDmiX平台可在任何规模(从实验室到大规模生产)下实现始终如一的高混合质量。它已经成功通过了旨在生产脂质和聚合物纳米颗粒以及纳米乳液的测试。

大量测试表明，FDmiX技术平台的混合质量优于迄今为止的系统，能够以以前无法达到的质量水平生产颗粒。

该系统的缩放能力也令人印象深刻，因为可以在5毫升/分钟至1.5升/分钟的体积流下进行封装，而不会影响颗粒特性。

Lonza是制药、生物技术和营养保健品市场的全球开发和生产合作伙伴，已获得FDmiX专利技术许可并已在使用。

“人类细胞会防御外来遗传物质。这就是为什么mRNA活性成分必须封装在纳米颗粒内。因此，颗粒充当保护膜，封装物质直到它进入体内细胞，”ChristophHein说，柏林FraunhoferIPK超高精度技术部门负责人。

为了能够生产纳米颗粒，溶解在缓冲液中的活性成分必须与另一种溶液(例如脂质溶液)混合。一旦两种液体混合，就会形成脂质纳米颗粒，进而在活性成分周围形成脂质包膜。

“借助FDmiX平台，我们可以生产明显更小、更均匀的颗粒，甚至可以调整其尺寸。FDmiX使我们能够以非常短的混合时间生产出前所未有的均质性混合物。这一点很重要，因为混合质量不仅决定了质量纳米颗粒的影响，但最终还是它们的有效性。”

巧妙的喷嘴设计可均匀混合纳米颗粒

但如何才能将高且一致的混合质量与产量结合起来呢?FDmiX平台的核心是FDXFluidDynamixGmbH的OsciJet喷嘴。

在喷嘴内部，液体射流位于主室的一侧。在离开喷嘴之前，一小部分射流被偏转到侧通道中。在侧通道的末端，它再次与主射流相遇并将其推向另一侧。这导致主射流以高频率从一侧连续振荡到另一侧。

通过这种方式，通过喷嘴振荡的脂质溶液射流以垂直角度与mRNA活性成分流相遇，形成具有均匀尺寸纳米颗粒的均匀混合物。

相比之下，在传统撞击混合器(也称为T型混合器或Y型混合器)的测试中，脂质溶液和mRNA活性成分在通过同一通道一起流动之前发生碰撞。这会产生动态涡流，导致质量较低的不均匀颗粒。

“在使用不同混合器和流速对脂质纳米粒子中mRNA进行封装测试时，与相同流速下的T混合器相比，FDmiX产生的颗粒更小，尺寸分布明显更低，”Hein解释道。

在测试中，项目合作伙伴生产的纳米颗粒比使用T型混合器生产的纳米颗粒小约10%至20%。它们还具有明显更小的尺寸分布以及高封装效率和颗粒完整性。

临床阶段和随后的生产阶段需要大量的纳米颗粒。在这里，FraunhoferIPK和FDXFluidDynamixGmbH的技术也令人印象深刻：这两个项目合作伙伴开发并测试了适用于各种压力和流量的混合器。最小的混合器(FDmiXXS)可以在每分钟5毫升以下的流速下工作，而最大的混合器(FDmiXXL)可以在每分钟超过1.5升的流速下工作。

FDmix纳米粒子的广泛应用

以这种方式生产的纳米颗粒可用于广泛的应用，远远超出了mRNA的封装和疫苗的稳定化。

例如，该技术还可用于心脏病学领域的心导管涂层。当检查期间球囊导管扩张时，纳米颗粒被吸收到动脉壁中，防止在那里形成新的沉积物。这有助于防止血管狭窄。

纳米颗粒还用于肿瘤治疗，这些分子也可能有助于治疗神经退行性疾病，例如阿尔茨海默氏症和其他形式的痴呆症。