El rol del secado por aspersión en la terapia génica

Como repaso, el secado por aspersión se usa comúnmente en la terapia genética para producir sistemas de administración para la terapia con pDNA y siRNA. La mayoría de las aplicaciones se centran en el desarrollo de polvo seco inhalable para administración pulmonar.

 

Exploremos primero los materiales de soporte que podría usar.

 

 

Los sistemas de administración basados ​​en lípidos suelen utilizar lípidos catiónicos o liposomas para crear complejos con ácidos nucleicos cargados negativamente a través de interacciones electrostáticas espontáneas. Pero para usar lípidos, debe optimizar la composición del liposoma o lipoplex para reducir los efectos secundarios tóxicos y las respuestas inflamatorias causadas por los sistemas de administración basados ​​en lípidos. En general, los sistemas basados ​​en lípidos neutros y aniónicos son más seguros, pero menos efectivos y, por lo tanto, tienen un uso limitado como vector de administración para la terapia génica.

 

Para reducir la respuesta inflamatoria asociada con los sistemas basados ​​en lípidos catiónicos, las cargas superficiales de los lipoplejos o liposomas catiónicos pueden protegerse con polietilenglicol (PEG).

 

Solo queremos mencionar que los sistemas especializados basados ​​en lípidos, como las moléculas similares a los lípidos o los lípidos sensibles al pH, también están mostrando resultados prometedores en la encapsulación de ácidos nucleicos.

 

 

Los vectores basados ​​en polímeros tienen una naturaleza versátil, por lo que es posible modificar sus características fisicoquímicas para que se ajusten a su propósito en la terapia génica. Para el suministro de ácidos nucleicos, a menudo se utilizan polímeros como poli(D,L-lactida-co-glicólido) (PLGA) o policationes como polietilenimina (PEI) o quitosano. Las poliacas muestran un buen potencial para atrapar ADN, pero son menos eficientes para atrapar ARNip o para proteger moléculas de ARNip de nucleasas.

 

Una solución potencial para la protección de siRNA es encapsular el siRNA en partículas hechas de polímero hidrofóbico modificable químicamente, como PLGA y sus moléculas derivadas.

 

 

Las moléculas de ADN y siARN tienen una capacidad limitada para ingresar a las células debido a sus cargas negativas. Los péptidos de penetración celular (CPP) y los péptidos sensibles al pH se pueden usar para superar esta limitación en la terapia génica. Las moléculas de CPP podrían contener pequeñas secuencias de aminoácidos compuestas de arginina, lisina e histidina que proporcionan una carga positiva para ayudar a mediar en las interacciones con la membrana celular. Alternativamente, las moléculas de CPP tienen estructuras con lados tanto lipófilos como hidrófilos que pueden mediar en la translocación a través de la membrana. Los péptidos sensibles al pH se usan para superar la degradación endosómica y liposomal del ácido nucleico después de la internalización por endocitosis. Los péptidos sensibles al pH logran esto al desestabilizar la actividad de la membrana de los endosomas,

 

 

Para producir un polvo de buena calidad mediante secado por aspersión con los polímeros anteriores en la terapia génica, también puede usar excipientes y adyuvantes estabilizadores termoprotectores. Ejemplos de estos incluyen sacarosa, glicina, agarosa, trehalosa, PEG, albúmina de suero bovino (BSA) y varios aminoácidos (arginina, lisina e histidina).

A continuación hay varios parámetros de secado por aspersión que necesita optimizar para producir sistemas de administración de terapia génica:

 

◾Temperatura de entrada: Es la temperatura del gas de secado calentado. Cuanta más energía se pone en el sistema, más rápido se evapora el solvente, lo que a su vez aumenta la eficiencia del secado.

◾Temperatura de salida: Representa la temperatura del polvo seco antes de que ingrese al recipiente de recolección. Este es un parámetro importante para muestras sensibles al calor. La temperatura de salida es el resultado de una combinación de muchos parámetros, como la temperatura de entrada, el caudal del aspirador, el ajuste de la bomba peristáltica (tasa de alimentación) y la concentración del material que se pulveriza.

◾La bomba peristálica: Alimenta la solución de muestra a la boquilla. La velocidad afecta la diferencia de temperatura entre la temperatura de entrada y la temperatura de salida ya que la tasa de bombeo corresponde directamente a la masa de entrada. Un mayor rendimiento requiere más energía para evaporar la gota de las partículas, por lo que la temperatura de salida disminuirá.

◾El flujo de aire de atomización, o tasa de flujo de rociado , es la cantidad de aire comprimido necesaria para dispersar la muestra. Se puede utilizar un gas que no sea aire comprimido si necesita trabajar en un entorno inerte.

◾La capacidad del aspirador: Regula la cantidad de aire disponible (flujo de aire de secado) para el proceso de secado. Debido a que la cantidad de energía disponible para la vaporización cambia con la cantidad de aire de secado, la velocidad del aspirador tiene un efecto sustancial en el rendimiento de secado del instrumento.

Y aquí hay una tabla que mis colegas de BUCHI han recopilado de la literatura con los parámetros de secado por atomización que se han utilizado para secar por atomización y encapsular ácidos nucleicos para la terapia génica:

Ácidos nucleicos	Secador en spray	Parámetros principales	Material portador	Tamaño de micropartículas (uM)
ADN	BUCHI B-191	T in (°C): 120 - 160 Flujo de aire de atomización (L/h): 500 - 700 Tasa de alimentación (mL/min): 3-9 Capacidad del aspirador: no especificado T out (°C): no especificado	Quitosano Leucina Lactosa	3 - 11,8
ADN	BUCHI B-191	T in (°C): 150 Caudal de aire de atomización (L/h): 600 Tasa de alimentación (mL/min): 7,5 Capacidad del aspirador - 35m 3 /h T out (°C): 80-85	Lactosa DOTAP liposoma Protamina sulfato (quitosano)	1 - 10
ADN	BUCHI B-191	T in (°C): 78-79 Caudal de aire de atomización (L/h): 600 Tasa de alimentación: 10 % Capacidad del aspirador - 75 % T out (°C): no especificado	PLGA PVA	3 - 4
ADN	BUCHI B-191	T in (°C): 50 Caudal de aire de atomización (L/h): 750 Tasa de alimentación (mL/min): 2 Capacidad del aspirador - 60 T out (°C): 28	Péptidos LAH o LADap Manitol	<10
ADN	BUCHI B-191	T in (°C): 50 Caudal de aire de atomización (L/h): 800 Tasa de alimentación (mL/min): 1 Capacidad del aspirador: 70% T out (°C): 39 - 40	Estearilamina PLGA	2.2 - 8.3
siARN	BUCHI B-290	T in (°C): 50 Caudal de aire de atomización (L/h): 740 Tasa de alimentación (mL/min): 2 Capacidad del aspirador: 100% T out (°C): 34±2	Péptidos LAH o LADap Manitol	<10
siARN	BUCHI B-290	T in (°C): 45 Caudal de aire de atomización (L/h): 473 Tasa de alimentación (mL/min): 0,3 Capacidad del aspirador: no especificado T out (°C): 30	PLGA / PLGA modificado por DOTAP Trehalosa Manitol Lactosa	3,7 - 4,99
siARN	boquilla ultrasónica; Sono-Tec	T in (°C): 120±2 Flujo de aire de atomización (L/h): no especificado Tasa de alimentación (mL/min): 1 Capacidad del aspirador: 100% T out (°C): 65±2	Quitosano E-80 F127 HMPC Manitol	6.2 - 9.8
siARN	BUCHI B-90	T in (°C): 30-60 Potencia de pulverización: no especificado Tasa de alimentación (mL/min): no especificado Capacidad del aspirador: 118 - 121 L/min T out (°C): no especificado	PLGA/PEG-PLGA BSA DOTAP	0,58 - 0,77

 

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