El interés en la generación de nanopartículas lipídicas ha aumentado de forma notable durante la última década. De hecho, estos nanoliposomas presentan numerosas ventajas, como la posibilidad de combinar diferentes sustancias terapéuticas, proteger los principios activos frente a alteraciones, controlar la difusión de las sustancias en el organismo o incluso permitir una esterilización completa por filtración.
¿Qué es un nanoliposoma?
Los nanoliposomas o nanopartículas lipídicas están compuestos habitualmente por una o varias capas lamelares. Estas capas incluyen una bicapa fosfolipídica que encierra un pequeño volumen de líquido acuoso. El diámetro de los nanoliposomas puede variar desde unas pocas decenas de nanómetros hasta cientos de micrómetros, en función del método empleado para su generación.
Los fosfolípidos y los lípidos son los componentes principales de las membranas liposomales. Presentan la particularidad de ser solubles en diversos disolventes orgánicos y, precisamente debido a esta propiedad, la mayoría de los métodos actuales emplean disolventes orgánicos para solubilizar los lípidos como primera etapa del protocolo.
El auge de la microfluídica abre una nueva vía para la preparación de nanopartículas a base de lípidos. Los métodos microfluídicos han demostrado su capacidad para controlar el proceso de mezclado de las fases orgánica y acuosa, así como el tamaño, logrando así una elevada monodispersidad y ofreciendo la posibilidad de modificar el diseño del chip microfluídico para variar la composición y el tamaño de los nanoliposomas obtenidos.
Ventajas del uso de la microfluídica para la generación de nanoliposomas
Los métodos tradicionales más antiguos para la preparación de liposomas consisten en las denominadas técnicas a macroescala o técnicas en lote (batch), basadas en la deshidratación inicial de películas lipídicas seguida de un proceso de hinchamiento y de una manipulación mecánica final para crear las bicapas dispersas en agua. Sin embargo, estos métodos se caracterizan por una baja reproducibilidad, un control del proceso limitado y un uso ineficiente de materiales y reactivos.
Recientemente se ha investigado la microfluídica como un método eficiente para la preparación de liposomas de manera controlada, reproducible y de alto rendimiento (high-throughput).
La microfluídica permite reducir los volúmenes utilizados y los costes asociados mediante la manipulación de fluidos en compartimentos con restricciones geométricas, caracterizados típicamente por dimensiones del orden de micrómetros y bajos números de Reynolds.
¿Qué dispositivos microfluídicos utilizar para la preparación de nanoliposomas?
Asimismo, algunos chips pueden someterse a un tratamiento específico que influirá en el tamaño o la composición de los nanoliposomas. Por lo tanto, en esta sección examinaremos las distintas geometrías existentes y analizaremos ejemplos de la literatura para evaluar las aplicaciones resultantes.
Mezclador en espina de pez (Herringbone) para la producción de nanopartículas lipídicas
Recientemente se ha investigado el micromezclado mediante el método Herringbone, el cual presenta ventajas notables frente a otros métodos de preparación en términos de eficiencia en la producción de liposomas.
Por ejemplo, se prepararon con éxito liposomas pegilados utilizando un mezclador Herringbone. Este dispositivo es un mezclador de advección caótica capaz de perturbar el flujo laminar típico de los microcanales y de reducir el tiempo necesario para el proceso de preparación de los liposomas.
El patrón específico del dispositivo, formado por ranuras en espina de pez (herringbone), redistribuye los fluidos al crear un flujo transversal en el microcanal. Los vértices de las ranuras están desplazados aproximadamente a un tercio de la anchura del canal, generando dos vórtices contrarrotatorios. El conjunto subsiguiente de ranuras en espina de pez con una orientación simétrica de los vórtices permite completar un ciclo de mezcla completo, tal como se muestra en la Fig. 2.
The alternation of these herringbone sets reorients the flow periodically and strongly improves the mixing. This microfluidic preparation method allows the controlled creation of liposomes of different sizes (∼100 nm) and good dispersity (< 0.2). By changing the flow rate parameters and the formulations in terms of aqueous buffer, phospholipid concentrations and composition it is possible to finely tune the production of liposomes with the desired features.
Para ilustrar este diseño, el equipo de Leung et al. (2015) propone un método general para encapsular macromoléculas (siRNA) en un sistema de nanopartículas lipídicas. Consiguieron generar nanopartículas de entre 40 y 140 nm de diámetro utilizando un micromezclador Herringbone.
Existen numerosas técnicas y, por consiguiente, diversas geometrías que permiten generar nanopartículas. La información aquí presentada le ayudará a elegir su dispositivo microfluídico en función de sus aplicaciones y del tamaño de las nanopartículas que desee obtener.
Generador de gotas para la producción de nanopartículas lipídicas
Típicamente, tres flujos confluyen en el mismo microcanal, tal como se muestra en la Fig. 3. Este es el patrón característico de los dispositivos microfluídicos adecuados para la generación de gotas. Como puede observarse, se inyecta una solución alcohólica de fosfolípidos en un canal central flanqueado por dos soluciones acuosas laterales.
La corriente que contiene los lípidos se focaliza y, gracias a:
- El bajo número de Reynolds.
- La difusión dominada por la transferencia de masa.
El alcohol se difunde en la solución acuosa y su concentración en el flujo central comienza a disminuir. Al alcanzar una concentración crítica por debajo de la solubilidad de los fosfolípidos, estos se organizan espontáneamente en liposomas mediante un proceso de autoensamblaje.
La relación de caudal volumétrico entre los flujos de la fase lipídica y acuosa, junto con el caudal total, influyen en el tamaño de los liposomas obtenidos y su ajuste permite una preparación controlada.
Finalmente, Karnik et al. demostraron en 2008 que es posible generar nanopartículas mediante enfoque de flujo de manera altamente monodispersa. De hecho, el equipo es capaz de producir nanopartículas de 31 nm de diámetro (± 1 nm). Aquí, el tamaño varía según la composición de las nanopartículas.
El dispositivo microfluídico en forma de Y para la producción de nanopartículas lipídicas
Este diseño permite poner en contacto dos fluidos (normalmente una solución acuosa que contiene un tensioactivo y una solución lipídica acoplada a un disolvente) para que posteriormente tenga lugar la nanoprecipitación en el canal de recolección. La nanoprecipitación es la agregación de nanopartículas en el tiempo y en el espacio.
El equipo de Roces et al. (2020) utilizó un mezclador micrométrico en forma de Y para desarrollar nanopartículas lipídicas. Este dispositivo se empleó para generar nanopartículas de 100 a 200 nm de diámetro. El tamaño de estas nanopartículas se reduce considerablemente tras la filtración, lo que permite obtener nanolípidos de entre 50 y 80 nm con un índice de polidispersidad de 0,2.
El dispositivo capilar coaxial tridimensional (3D) para la producción de nanopartículas lipídicas
Estos dispositivos ofrecen la posibilidad de crear flujos coaxiales 3D, que son esenciales para una transferencia de masa rápida y uniforme. El dispositivo microfluídico capilar cocorriente consta de dos capilares. Un capilar de vidrio cónico se inserta en otro capilar cilíndrico más grande con una alineación coaxial. El fluido interno (solución acuosa que contiene tensioactivo) fluye por el interior del capilar cilíndrico interno, mientras que el fluido externo (una solución lipídica acoplada a un disolvente) fluye entre el capilar cilíndrico interno y el externo.
Con este dispositivo microfluídico, Liu et al. publicaron un artículo en 2015 en el que destacaban la generación de nanopartículas lipídicas de entre 70 y 280 nm de diámetro con un índice de polidispersidad cercano a 0,1. Este tamaño evoluciona en función del número de Reynolds debido a la presencia de los capilares.
Consideraciones finales
Existen numerosas técnicas y, por consiguiente, diversas geometrías que permiten generar nanopartículas. La información aquí presentada le ayudará a elegir su dispositivo microfluídico en función de sus aplicaciones y del tamaño de las nanopartículas que desee generar.
Darwin Microfluidics está plenamente comprometida con esta revolución. Proporcionamos dispositivos microfluídicos innovadores para la preparación de liposomas y nuestro equipo de científicos experimentados y PhDs ofrece el soporte que los investigadores necesitan para alcanzar el éxito en sus actividades.
🧠 Puntos clave que debe recordar
- Los liposomas o nanopartículas lipídicas son vesículas cerradas ampliamente utilizadas para la encapsulación de diferentes tipos de moléculas, tales como ADN, proteínas, fármacos u otros agentes químicos.
- Los métodos microfluídicos ofrecen una vía alternativa para la preparación de nanopartículas lipídicas con un control mejorado sobre su tamaño y composición.
- Las relaciones de caudal entre las corrientes de la fase lipídica y acuosa, junto con el caudal total, se pueden ajustar para obtener liposomas del tamaño deseado.
- By adjusting parameters such as the flow rate and formulation components, it is possible to achieve precise control over the size (<100 nm) and dispersity (< 0.2) of the liposomes.
