Microfluidic approach to preparing polymer microspheres for enhanced oral protein drug delivery

Show full item record



Permalink

http://urn.fi/URN:NBN:fi-fe201801151238
Title: Microfluidic approach to preparing polymer microspheres for enhanced oral protein drug delivery
Author: Pessi, Jenni
Contributor: University of Helsinki, Faculty of Pharmacy
Publisher: Helsingfors universitet
Date: 2013
Language: eng
URI: http://urn.fi/URN:NBN:fi-fe201801151238
http://hdl.handle.net/10138/40777
Thesis level: master's thesis
Discipline: Farmaceutisk teknologi
Pharmacy Technology
Farmasian teknologia
Abstract: Polymer microspheres hold great potential as oral drug delivery system for therapeutic proteins. Microspheres prepared with biocompatible and biodegredable polymers have been extensively studied, since the oral delivery of therapeutic proteins is challenging due to the conditions in the GI-tract. The aims of this research were to apply microfluidics on polymeric microsphere preparation process, to determine what kind of formulations are suitable for this technology, to establish a controlled preparation process that produces advanced particles and to create a template for oral protein drug delivery. With microfluidic fabrication it is possible to gain control over the process and content of each droplet. However, finding suitable formulations for microfluidics is demanding. In this study, biphasic flow was employed to successfully produce double (W/O/W) emulsion droplets with ultra thin shells. Once the process and formulation variables were optimized constant droplet production was achieved. Flow rates used were 500 µl/h in the inner and in the middle phase and 2500 µl/h in the outer phase, respectively. Two formulations were selected for further characterization: 5 % poly(vinyl alcohol) in water in the outer phase, 3 % polycaprolactone in ethyl acetate in the middle phase and either 10 % or 20 % poly(vinyl alcohol) and polyethylenglycol (1:4) in water in the inner phase. All the particles were found to be intact and contain the inner phase, as verified by confocal microscopy. Further, the particles were monodisperse and non-porous, as observed by scanning electron microscopy. Particle size was found to be around 20-40 µm, variation in the particle size within one batch was small and the particles were stable up to 4 weeks. The encapsulation efficiency of the particles was remarkable; as high as 85 % loading of the model compound, bovine serum albumin. Particles released 30 % of their content within 48 hours. In conlusion, developing functional formulations for micfoluidic technology was possible, the microparticles encapsulated the model protein extremely well and all in all microfluidic technology had a lot of potential for droplet manufacturing for pharmaceutical applications.Polymeerimikropartikkeleilla on suuri potentiaali terapeuttisten proteiinien oraalisessa lääkkeenannossa. Bioyhteensopivista ja biohajoavista polymeereistä valmistettuja mikropartikkeleita on tutkittu laajasti, sillä oraalinen proteiinilääkkeenanto on haastavaa ruoansulatuskanavan olosuhteiden vuoksi. Tämän tutkimuksen tavoitteena oli käyttää mikrofluidistiikkaa mikropartikkelien tuottamiseen, etsiä mikrofluidistiikkaan sopivia formulaatioita ja saada aikaan hallittu valmistusprosessi, joka tuottaa edistyksellisiä mikropartikkeleita sekä luoda pohjaa proteiinien oraaliseen lääkkeenantoon. Mikrofluidistisen valmistuksen avulla on mahdollista hallita valmistusprosessia ja muokata jokaisen partikkelin sisältöä. Mikrofluidistiseen teknologiaan sopivia formulaatioita on kuitenkin vaikea kehittää. Tässä tutkimuksessa käytettiin kaksivaiheista virtausta tuottamaan kaksinkertaisia emulsiopisaroita (v/o/v) erittäin ohuilla kuorilla. Kun prosessi- ja formulaatiomuuttujat oli optimoitu, vakaa emulsiotuotanto saavutettiin. Käytetyt virtausnopeudet olivat noin 500 µl/h keski- ja sisäfaasissa ja 2500 µl/h ulkofaasissa. Kaksi formulaatiota valittiin tarkempaan karakterisointiin: 5 % polyvinyylialkoholia vedessä ulkofaasina, 3 % polykaprolaktonia etyyliasetaatissa keskifaasina ja joko 10 % tai 20 % polyvinyylialkoholia ja polyetyleeniglykolia (1:4) vedessä sisäfaasina. Kaikki partikkelit olivat ehjiä ja niissä oli sisäfaasi, kuten todennettiin konfokaalimikroskopialla. Elektronipyyhkäisymikroskopialla havainnoitiin partikkelien olevan monodispersejä ja houkosettomia. Partikkelikoko oli noin 20-40 µm ja erien sisäinen vaihtelu pientä. Partikkelit pysyivät stabiileina 4 viikkoa. Tämän jälkeen partikkelit luhistuivat 15 %:n viikkonopeudella. Partikkelien kapselointitehokkuus oli huomattava, jopa 85 %:a malliproteiinina käytetystä naudan seerumin albumiinista kapseloitiin. Partikkelit vapauttivat noin 30 %:a malliproteiinista dissoluutiokokeissa. Johtopäätöksenä todetaan, että mikrofluidistisella teknologialla valmistettavia formulaatioita oli mahdollista kehittää, partikkelit kapseloivat malliproteiinia erittäin hyvin ja kaiken kaikkiaan mikrofluidistiikalla on erityisen paljon potentiaalia partikkelituotannossa farmaseuttisia sovelluksia varten.
Subject: microparticles
polymers
microfluidics
therapeutic proteins
drug delivery
mikropartikkelit
polymeerit
mikrofluidistiikka
lääkkeen kuljetus
terapeuttiset proteiinit


Files in this item

Total number of downloads: Loading...

Files Size Format View
MICROFLUIDIC AP ... G DELIVERY(JenniPessi).pdf 3.687Mb PDF View/Open

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record