DLS-Feedback-regulierte kontinuierliche Partikelproduktion
Messsysteme
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Viele pharmazeutische Wirkstoffe, können als Nanopartikel verabreicht werden: So sorgt zum Beispiel die kolloidale Verpackung von nicht wasserlöslichen Wirkstoffen für eine ausreichende Bioverfügbarkeit. Als weiteres Beispiel erhält mithilfe von Lipidnanopartikeln verpackte mRNA eine verbesserte Stabilität und erhöhte Zellpermeabilität. Die Partikel können über einen Mikrofällungsansatz produziert werden: Der Wirkstoff ist je nach Löslichkeit in einer wässrigen (z.B. bei mRNA) oder in einer organischen Phase gelöst. Ein Trägersystem (z.B. aus Lipiden), gelöst in der organischen Phase wird mit der wässrigen Phase vermischt, wobei die Lipide als Nanopartikel ausfallen. Durch mikrofluidische Ansätze ist prinzipiell eine hohe Präzision möglich, allerdings ist die Stabilität solcher Prozesse oft nicht garantiert. Die Größe der Partikel ist ein entscheidendes Qualitätsmerkmal für deren Wirksamkeit. Typischerweise erfolgt die Messung der Größe offline mithilfe Dynamischer Lichtstreuung. Bisher gab es keine Möglichkeit zur Inlinemessung während der Herstellung, welche nicht nur eine schnellere Prozessentwicklung, sondern auch eine lückenlose Überwachung der Produktion erlauben würde. Deswegen war das Projektziel durch die Kombination von steuerbarer mikrofluidischer Nanopartikelerzeugung vom Institut für Mikrotechnik (IMT) der TU Braunschweig mit dem am Mainzer Fraunhofer-Institut für Mikrotechnik und Mikrosysteme (IMM) entwickelten flowDLS einen Nanopartikelreaktor mit einer kontinuierlichen Inline-Messung zu realisieren. Auf diese Weise sollte es möglich sein, Größe und Größenverteilung der hergestellten Partikel zu überwachen und einzustellen und somit einen langzeitstabilen Prozess sicherzustellen. Die flowDLS sollte hierbei die Größe, und die Größenverteilung der produzierten Nanopartikel inline während der Herstellung messen. Tatsächlich wurde ein neuartiger Mikromischer-Chip (LARLM = Large Aspect Ratio Lamination Mixer) entwickelt, welcher eine Integration der Nanopartikel- Mikrofällung mit dem flowDLS-System ermöglichte. Nach Adaption der Algorithmen für die flowDLS Auswertung konnten die Lipid Nanopartikel damit direkt nach der Entstehung noch innerhalb des mikrofluidischen Chips vermessen werden. Es wurde eine Patent für die Anpassungen der flowDLS an die besonderen Gegebenheiten aufgrund der sehr geringen Kanaldimensionen eingereicht. Die Veröffentlichung des Patents steht noch aus.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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„A Unique Low Aspect Ratio Lamination Mixer (LARLM) for Continuous Lipid Nanoparticle Production“, Micro and Nano Engineering Conference 2022, Belgium, KU Leuven, 19. – 23.09.2022 (Posterbeitrag)
Ebrahim Taiedinejad, Cornelius Bausch, Peer Erfle, Donya Darwish, Michael Baßler & Andreas Dietzel
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„Real-time Dynamic Light Scattering of Nanoparticles for Analysis in Microfluidic Systems“, MikroSystemTechnik Kongress 2023, Dresden, 23. – 25.10.23 (Posterbeitrag)
Cornelius S. Bausch, Ebrahim Taiedinejad, Nicolai Schwarz, Jörn Wittek, Andreas Dietzel & Michael Baßler
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„The Effects of 3D Nozzle Injection Shape on Precipitated Lipid Nanoparticles in a Low Aspect Ratio Lamination Mixer (LARM)“, Micro and Nano Engineering Conference 2023, Belin 25. - 28.09.2023 (Posterbeitrag)
Ebrahim Taiedinejad, Alshaimaa Abdellatif & Andreas Dietzel
