Per definitie bestaat een liposoom uit een lipidedubbellagen die een waterige fase omsluit. Liposomen worden steeds vaker gebruikt om geneesmiddelen op een gerichte en qua grootte gecontroleerde manier af te geven. Hier komt microfluïdica om de hoek kijken. De wetenschap achter vloeistofbehandelingssystemen wordt namelijk gebruikt voor de uiterst nauwkeurige regeling van zeer kleine volumes, wat uitermate geschikt is voor het genereren van liposomen op micro- en nanoschaal. In deze toepassingsnota vergelijken we de literatuur met resultaten die zijn verkregen met twee ontwerpen van microfluïdische chips voor het genereren van nanoliposomen: de visgraatmicromixer en de hydrodynamische stroomfocusering. Deze microfluïdische chips zijn voorzien van een hydrofiele coating. Voor het genereren van nanoliposomen hebben we gekozen voor PLGA (poly(melkzuur-co-glycolzuur)), opgelost in acetonitril. De waterige fase bestaat uit water en een oppervlakte-actieve stof (1% PVA).
Vissenbot-menger
De micromixerchip met visgraatpatroon is een alles-in-één-oplossing waarmee twee vloeistoffen op een eenvoudige en efficiënte manier in een microfluïdisch kanaal kunnen worden gemengd. Dit hulpmiddel is geschikt voor tal van toepassingen, zoals immunoassays of het mengen van PCR-producten, maar ook voor het genereren van nanoliposomen. Dit type chip kan worden vervaardigd uit diverse materialen, waaronder PDMS, glas en thermoplasten (PC, COC, COP, enz.).
Met deze methode is het mogelijk om nanoliposomen te produceren met een grootte tussen 100 en 200 nm, volgens Roces et al. 2020, Pharmaceutics.
In de praktijk hebben we nanoliposomen geproduceerd met behulp van een micromixerchip met visgraatpatroon, vervaardigd uit polycarbonaat (microfluidic ChipShop, 10000019). Uit de resultaten blijkt dat we nanoliposomen hebben geproduceerd met een gemiddelde grootte van 247 nm ± 78,8 nm. De metingen zijn uitgevoerd met behulp van dynamische lichtverstrooiing (DLS) met de Zetasizer Nano ZS op 11 monsters, waarbij de debietverhoudingen varieerden van 1 tot 15.
Figuur 2: Meting van de diameters van de nanoliposomen die zijn geproduceerd met een ‘staggered herringbone’-menger (microfluidic ChipShop, 10000019). "FRR" staat voor stroomsnelheidsverhouding: dit is de verhouding tussen de stroomsnelheid van de continue fase en die van de gedispergeerde fase. Metingen uitgevoerd door Christelle Angély met een Zetasizer Nano ZS (Malvern Panalytical) van het platform voor biochemie en biofysica van het Instituut voor Psychiatrie en Neurowetenschappen in Parijs.
Hydrodynamische stromingsfocusering
Het microfluïdische apparaat met hydrodynamische stromingsfocusering maakt een nauwkeurige menging van de reagentia mogelijk met korte mengtijden onder laminaire stromingsomstandigheden, waardoor bijvoorbeeld monodisperse nanodeeltjes met een instelbare grootte kunnen worden geproduceerd.
Met behulp van deze flow-focusing-techniek is het mogelijk om nanoliposomen te produceren met een grootte van >150 nm, meestal rond de 200 nm. Afhankelijk van de samenstelling van de nanoliposomen kan hun grootte echter aanzienlijk variëren, zoals blijkt uit het onderzoek van Karnik et al. dat in 2008 werd gepresenteerd. Het team is er inderdaad in geslaagd om nanodeeltjes met een diameter van 31 nm (± 1 nm) op een zeer monodisperse manier te produceren.
In ons geval zijn we erin geslaagd nanoliposomen te produceren met een gemiddelde grootte van 250,9 nm ± 66,8 nm met behulp van een flow-focusing-chip van polycarbonaat (microfluidic ChipShop, 10000004). De metingen werden uitgevoerd door middel van dynamische lichtverstrooiing met de Zetasizer Nano ZS op 11 monsters met doorstroomverhoudingen variërend van 1 tot 15.
Figuur 4: Meting van de diameters van de nanoliposomen die zijn geproduceerd met een flowfocusing-apparaat (microfluidic ChipShop, 10000004). "FRR" staat voor flow rate ratio: dit is de verhouding tussen de stroomsnelheid van de continue fase en die van de gedispergeerde fase. Metingen uitgevoerd door Christelle Angély met een Zetasizer Nano ZS (Malvern Panalytical) van het platform voor biochemie en biofysica van het Instituut voor Psychiatrie en Neurowetenschappen in Parijs.
Concluderend kunnen we stellen dat met de twee hier gepresenteerde methoden nanoliposomen van vergelijkbare grootte konden worden geproduceerd, namelijk met een diameter van ongeveer 250 nm, ongeacht de verhouding tussen de stroomsnelheden. Er moet daarom rekening worden gehouden met de samenstelling van het nanoliposoom, of het nu gaat om de keuze van het lipide, het oplosmiddel of de waterige fase. Daarnaast zijn er verschillende goed gedocumenteerde technieken die effectief zijn om de grootte van de geproduceerde nanoliposomen te verkleinen. Zo is het bijvoorbeeld mogelijk om het monster te onderwerpen aan ultrasone behandeling (1 tot 5 min) om de grootte ervan met maximaal 50% te verkleinen. Talrijke publicaties beschrijven filtratie en/of dialyse als zeer efficiënte manieren om nanoliposomen te zuiveren en zo hun grootte te verkleinen (van 50 tot 80 nm).
