Small-scale encapsulation method for novel drug substances with associated characterization of highly diluted samples

Abstract

One of the biggest challenges in the development of novel active ingredients is the lack of available drug substances in early stages of development. Nevertheless, in many cases an early decision must be made whether the active ingredient can be delivered to the desired site of action by a suitable carrier system or not. Therefore, it is desirable to manufacture carrier systems in a very small scale avoiding unnecessary material waste. Following this idea, polymer-based nanoparticles were manufactured acting as drug carriers. They were produced using a microfluidic system to keep the required quantities of utilized substances as small as possible. The microfluidic system was especially designed for this application controlling the respective volumetric flow rates of the used liquids by applying air pressure. This allows to tune the desired microfluidic mixing ratio very precisely without any time delay. In addition, the drug loading of produced particles was optimized, with particular attention paid to the type and concentration of utilized stabilizers. By specific adjustments to the mentioned factors, the drug loading could be maximized. Furthermore, particle concentrations of the prepared suspensions were investigated. For this purpose, a microfluidic device was developed precisely determining the number of particles contained by the produced and highly diluted nanosuspensions.

Eines der größten Probleme bei der Etablierung von neuartigen Wirkstoffen ist der Mangel an verfügbareren Substanzen in frühen Entwicklungsabschnitten. Da dennoch häufig in Frühphasen der Entwicklung eine Entscheidung gefällt werden muss, ob sich der Wirkstoff mit Hilfe eines geeigneten Trägersystems an den gewünschten Wirkort transportieren lässt, ist es wünschenswert Trägersysteme im Kleinstmaßstab herzustellen. Hierzu wurden polymerbasierte Nanopartikel als Wirkstoffträger verwendet, welche mittels eines mikrofluidischen Systems hergestellt wurden, um die einzusetzenden Substanzmengen so gering wie möglich zu halten. Das dazu verwendete mikrofluidische System wurde speziell für diesen Einsatz entworfen und ist luftdruckgetrieben, wodurch die jeweiligen Volumenströme der verwendeten Flüssigkeiten gesteuert werden. Dadurch kann sehr präzise und ohne zeitliche Verzögerung ein gewünschtes mikrofluidisches Mischungsverhältnis erreicht werden. Außerdem wurde für die hergestellten Partikel die Wirkstoffbeladung optimiert, wobei ein besonderes Augenmerk auf den Typ und die Konzentration der verwendeten Stabilisatoren gelegt wurde. Durch gezielte Anpassungen konnte die Wirkstoffbeladung maximiert werden. Des Weiteren wurden die hergestellten Suspensionen bezüglich ihrer Partikelkonzentration untersucht. Hierfür wurde ein mikrofluidisches Element entwickelt, mit dem sich gerade bei hochverdünnten Nanosuspensionen die Anzahl an enthaltenen Partikeln präzise ermitteln lässt.