Les médicaments à base d’acide nucléique, tels que les vaccins à ARNm, offrent un énorme potentiel pour la médecine et ouvrent la voie à de nouvelles approches thérapeutiques. Ces ingrédients actifs doivent être enfermés dans des nanoparticules pour garantir qu'ils arrivent là où ils sont nécessaires dans les cellules du corps.
L'Institut Fraunhofer pour les systèmes de production et la technologie de conception IPK et FDX Fluid Dynamix GmbH ont travaillé ensemble pour développer une plate-forme technologique pour la production de nanoparticules capable d'atteindre une qualité et une stabilité des particules à des niveaux auparavant hors d'atteinte :FDmiX, abréviation de Fraunhofer Dynamic Mixing Technologies. . L'entreprise chimique et pharmaceutique suisse Lonza a désormais obtenu une licence pour cette technologie pour ses propres activités de production selon les bonnes pratiques de fabrication (BPF).
L’ARN et l’ADN, tous deux acides nucléiques, ne se trouvent pas uniquement dans les cellules; ils peuvent également être des composants de médicaments. Un exemple courant largement connu de la pandémie de coronavirus est celui des vaccins à ARNm.
Les professionnels de la santé du monde entier ont beaucoup d’espoir dans les principes actifs à base d’acide nucléique, qui offrent un potentiel thérapeutique pour des maladies auparavant difficiles à traiter, notamment certaines formes de cancer. Cependant, transporter de manière sûre et efficace ces acides nucléiques sensibles vers les cellules, où les messages qu'ils véhiculent peuvent être traduits en protéines, s'est avéré jusqu'à présent être un défi de taille.
Une enveloppe protectrice est nécessaire pour faire pénétrer le principe actif sensible dans les cellules. Ces nanoparticules sont produites à l’aide de procédés de mélange de fluides. Un mélange très minutieux et rapide est nécessaire pour produire des particules de la qualité requise. Des mélangeurs à jet impactant (également appelés mélangeurs en T ou mélangeurs en Y) sont disponibles pour les applications à l'échelle industrielle. Ils permettent un débit élevé, mais au détriment de la qualité du mélange.
Dans la plate-forme Fraunhofer Dynamic Mixing Technologies (FDmiX), Fraunhofer IPK et FDX Fluid Dynamix GmbH ont réussi à combler le fossé entre la qualité du mélange et le débit. La plateforme FDmiX permet une qualité de mélange constante et élevée à toutes les échelles, du laboratoire jusqu'à la production de masse. Il a déjà passé avec succès les tests visant à la production de nanoparticules lipidiques et polymères et de nanoémulsions.
Comme l'ont montré des tests approfondis, la qualité de mélange de la plate-forme technologique FDmiX est supérieure aux systèmes disponibles à ce jour, permettant la production de particules à des niveaux de qualité auparavant inaccessibles.
Le système est également impressionnant en termes de capacité de mise à l'échelle, car l'encapsulation peut avoir lieu avec des flux volumétriques allant de 5 ml/min à 1,5 l/min sans affecter les propriétés des particules.
Lonza, partenaire mondial de développement et de production sur les marchés pharmaceutique, biotechnologique et nutraceutique, a obtenu une licence pour la technologie brevetée FDmiX et l'utilise déjà.
"Les cellules humaines se défendent contre le matériel génétique étranger. C'est pourquoi les principes actifs de l'ARNm doivent être enfermés dans des nanoparticules. Les particules agissent ainsi comme une enveloppe protectrice, encapsulant la substance jusqu'à ce qu'elle pénètre dans la cellule à l'intérieur du corps", explique Christoph Hein, chef de la division Technologie d'ultra et haute précision chez Fraunhofer IPK à Berlin.
Pour pouvoir produire les nanoparticules, le principe actif dissous dans un tampon doit être mélangé à une autre solution, telle qu'une solution lipidique. Une fois les deux liquides combinés, des nanoparticules lipidiques se forment qui forment à leur tour une enveloppe lipidique autour du principe actif.
« Avec la plateforme FDmiX, nous pouvons produire des particules nettement plus petites et plus homogènes et même ajuster leur taille. FDmiX nous permet de produire des mélanges d'un niveau d'homogénéité auparavant inaccessible avec des temps de mélange très courts. C'est important car la qualité du mélange ne détermine pas seulement la qualité. des nanoparticules, mais finalement aussi de leur efficacité."
Mais comment combiner une qualité de mélange élevée et constante avec un débit ? La pièce maîtresse de la plateforme FDmiX est une buse OsciJet de FDX Fluid Dynamix GmbH.
A l'intérieur de la buse, un jet de liquide est positionné sur un des côtés de la chambre principale. Avant de quitter la buse, une petite partie du jet est déviée vers un canal latéral. A l'extrémité du canal latéral, il rencontre à nouveau le jet principal et le pousse de l'autre côté. Cela fait osciller le jet principal en continu d'un côté à l'autre à haute fréquence.
De cette manière, le jet de solution lipidique oscillant à travers la buse rencontre le flux de principe actif ARNm selon un angle perpendiculaire, créant un mélange homogène de nanoparticules de taille uniforme.
Dans les tests de mélangeurs à impact conventionnels (également appelés mélangeurs en T ou mélangeurs en Y), en revanche, la solution lipidique et l'ingrédient actif de l'ARNm entrent en collision avant de s'écouler ensemble dans le même canal. Cela crée un vortex dynamique, entraînant des particules inhomogènes de moindre qualité.
"Dans les tests d'encapsulation de l'ARNm dans des nanoparticules lipidiques utilisant différents mélangeurs et débits, FDmiX a généré des particules plus petites avec une distribution de taille nettement inférieure par rapport à un mélangeur en T au même débit", explique Hein.
Lors des tests, les partenaires du projet ont produit des nanoparticules environ 10 à 20 % plus petites que celles produites à l'aide d'un mélangeur en T. Ils présentaient également une distribution de taille nettement plus petite, une efficacité d'encapsulation et une intégrité des particules élevées.
De grandes quantités de nanoparticules sont nécessaires pendant la phase clinique et la phase de production ultérieure. Ici aussi, la technologie de Fraunhofer IPK et de FDX Fluid Dynamix GmbH est impressionnante :les deux partenaires du projet ont développé et testé des mélangeurs pour différentes pressions et débits. Les plus petits mélangeurs (FDmiX XS) peuvent fonctionner à des débits inférieurs à 5 millilitres par minute, tandis que les plus grands (FDmiX XL) peuvent fonctionner à plus de 1,5 litres par minute.
Les nanoparticules ainsi produites peuvent être utilisées pour un large éventail d'applications, bien au-delà de l'encapsulation de l'ARNm et de la stabilisation des vaccins.
Par exemple, cette technologie peut également être utilisée en cardiologie pour les revêtements de cathéters cardiaques. Lorsqu’un cathéter à ballonnet est dilaté lors d’un examen, les nanoparticules sont absorbées dans la paroi artérielle, empêchant ainsi la formation de nouveaux dépôts. Cela peut aider à prévenir la sténose ou le rétrécissement des vaisseaux sanguins.
Les nanoparticules sont également utilisées dans le traitement des tumeurs, et les molécules peuvent également être utiles dans le traitement des maladies neurodégénératives telles que la maladie d'Alzheimer et d'autres formes de démence.
Fourni par Fraunhofer-Gesellschaft
