Учёные разработали масштабируемый метод производства микрочастиц для точной доставки лекарств

Фотография сверху установки SNaP-смесителя, показывающая соединения потоков и шприцевой насос. Автор: Паркер К. Льюис

Исследователи из Инженерной школы NYU Tandon разработали новый метод создания микроскопических капсул для доставки лекарств, который решает фундаментальную проблему фармацевтического производства.

Технология под названием «Последовательная наноосаждение» (Sequential NanoPrecipitation, SNaP) решает давнюю проблему производства однородных частиц для доставки лекарств с точным контролем размера на промышленных масштабах. Существующие методы либо обеспечивают отличный контроль, но позволяют производить только небольшие партии, либо могут производить большие объёмы, но с меньшей точностью — этот компромисс ограничивал развитие передовых систем доставки лекарств.

Исследование, опубликованное в журнале ACS Engineering Au, решает эту проблему и представляет собой значительный прогресс в работе Натали Пинкертон по созданию универсальных систем доставки лекарств. Статья была выбрана редакцией ACS как «Выбор редакции», что подчёркивает её потенциальную значимость для широкой аудитории.

Ранее работавшая в онкологическом исследовательском подразделении Pfizer над созданием наномедицинских препаратов для лечения солидных опухолей, Пинкертон — ныне доцент кафедры химической и биомолекулярной инженерии NYU Tandon — сосредоточена на создании масштабируемых решений, которые могут «перейти из лаборатории к постели пациента».

Новое исследование превращает SNaP из перспективной концепции в предсказуемый производственный процесс, обеспечивая фундаментальное понимание, необходимое для систематического контроля свойств частиц.

«Это как пытаться каждый раз готовить идеальное печенье, — объясняет Пинкертон, старший автор статьи. — Вы можете сделать дюжину одинаковых печений в небольшой партии на кухне, но когда пытаетесь приготовить тысячу штук в одной большой партии, возникают проблемы. Тесто перемешивается неравномерно; одни печенья подгорают, другие остаются сырыми. Нужно переосмыслить процесс, чтобы получить те же вкусные печенья в большем масштабе».

Микрочастицы для доставки лекарств (капсулы размером примерно в одну тысячную толщины человеческого волоса) уже используются в нескольких одобренных FDA методах лечения, включая пролонгированные формы препаратов для лечения опиоидной зависимости, шизофрении и сердечных заболеваний. Эти крошечные носители могут инкапсулировать лекарства и высвобождать их медленно с течением времени, уменьшая частоту инъекций и повышая приверженность пациентов лечению.

Исследователи продемонстрировали точный контроль над размерами частиц в диапазоне от 1,6 до 3,0 микрометров, что, по их словам, идеально подходит для ингаляционной доставки. Размер является ключевым параметром, влияющим на поведение частиц в организме и высвобождение лекарства.

Процесс SNaP работает за счёт тщательно организованного смешивания в камерах миллиметрового масштаба. На первом этапе поток, содержащий растворённый препарат и основные полимерные материалы, быстро смешивается с водой, вызывая осаждение материалов и образование крошечных ядер. На втором этапе, после точно контролируемой задержки, добавляются стабилизирующие агенты, чтобы остановить рост и зафиксировать желаемый размер.

«Представьте, что вы используете таймер старт-стоп, — говорит Паркер Льюис, ведущий автор исследования и кандидат наук в NYU Tandon. — Первый смеситель запускает рост частиц, а второй останавливает его на точном размере, покрывая их антипригарной поверхностью».

Регулируя время задержки между двумя этапами смешивания (измеряемое в миллисекундах), исследователи могут контролировать размер частиц.

Особое значение SNaP имеет благодаря своей масштабируемости. Традиционные точные методы, такие как микрофлюидика, могут производить лишь небольшие количества частиц — около 6 граммов в час. Промышленные методы, такие как распылительная сушка, могут производить гораздо большие объёмы, но с плохим контролем размера. SNaP, работающий в непрерывном потоке, продемонстрировал скорость производства 144–360 граммов микрочастиц в час в лабораторных условиях, с потенциалом для дальнейшего масштабирования при использовании более крупного оборудования.

Исследователи подтвердили эффективность метода, успешно инкапсулировав противогрибковый препарат итраконазол, достигнув эффективности инкапсуляции 83–85%, что означает минимальные потери лекарства в процессе.

Этот метод особенно важен для фармацевтической промышленности, поскольку устраняет известное узкое место в разработке лекарств. Многие перспективные концепции доставки препаратов не доходят до пациентов, потому что их невозможно стабильно производить в коммерческих масштабах.

Для пациентов конечная выгода может заключаться в более эффективных лекарствах с меньшими побочными эффектами и более удобных схемах лечения. Однако технология должна доказать свою эффективность в более масштабных испытаниях и, в конечном итоге, в клинических исследованиях — процесс, который может занять несколько лет.

Дополнительная информация: Parker K. Lewis et al, Process and Formulation Parameters Governing Polymeric Microparticle Formation via Sequential NanoPrecipitation (SNaP), ACS Engineering Au (2025). DOI: 10.1021/acsengineeringau.5c00035

Источник: NYU Tandon School of Engineering