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Publicação
Integrated manufacture of Liposomal dry powder formulations
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Orientador(es)
Resumo(s)
Chronic respiratory diseases (CRDs) affect the airways and other structures of the lungs. CRDs are not curable, and it is estimated by the World Health Organization, 70 % of deaths under 70 years of age occur in low- and middle-income countries. Anti-inflammatory-based therapies may result in several adverse side effects. To address this problem, a synergy between pharmaceutical and supercritical carbon dioxide techniques is established for the manufacturing of inhaled enzyme and natural products-based anti-inflammatory therapies. In this work, enzyme (SOD)/quercetin (Quer) - loaded liposomal formulations were converted into liposomal dry powder formulations (Lip-DPFs) for the treatment of inflammatory lung diseases, using supercritical CO2-assisted spray-drying (SASD). First, liposomal formulations were produced using distinct methods - microfluidics and thin-film method hydration. Microfluidics showed to be able to encapsulate both low and high molecular weight proteins, while pre-serving the conformational structure and enzyme activity. Secondly, a quality-by-design approach was applied towards the Lip-DPFs optimization using a low molecular weight hydrophilic dye as a model molecule. Stability studies proved that powders remain stable for 30 days at a relative humidity of 4 %. Translating the knowledge, the optimized parameters and formulations were applied to the production of SOD-loaded liposomal dry powder formulations (SOD_Lip-DPFs) for inhalation. Resuspended SOD-loaded liposomes showed structural maintenance and enzyme protection, regarding the SOD encapsulation efficiency and enzyme activity retention. SOD_Lip-DPFs showed to be able to inhalation, reaching the respiratory region, namely terminal bronchi. Finally, hydrophobic molecule-loaded liposomal dry powder formulations (Quer_Lip-DPFs) were produced with suitable aerodynamic properties. Overall, the work herein detailed represents an innovative, robust, upscaling, and time-efficient technique for drying liposomes, keeping them stable during storage and overcoming the common drawbacks of current drying and storage methods.
As doenças respiratórias crónicas (DRCs) afetam as vias aéreas e outras estruturas dos pulmões. Terapias baseadas em anti-inflamatórios podem resultar em vários efeitos colaterais adversos. Para resolver este problema, uma sinergia entre a tecnologia farmacêutica e processos de dióxido de carbono supercrítico é estabelecida para a produção de terapias anti-inflamatórias inaláveis baseadas em enzimas e produtos naturais. Neste trabalho, converteram-se as formulações lipossomais carregadas com enzima (SOD) ou quercetina (Quer) em formulações lipossomais em pó seco (Lip-DPFs) para o tratamento de doenças pulmonares inflamatórias, usando o processo de secagem por pulverização assistida pelo CO2 supercrítico. Primeiro, as formulações lipossomais foram produzidas usando métodos distintos - microfluídica e o método de hidratação do filme fino. A microfluídica mostrou ser capaz de encapsular proteínas de baixo e alto peso molecular, preservando a estrutura conformacional e a atividade enzimática. Em segundo lugar, usando o desenho de experiências e os princípios de qualidade-por-design optimizou-se o processo de produção de Lip-DPFs usando um corante hidrofílico de baixo peso molecular como molécula modelo. Os estudos de estabilidade dos pós mostraram que o SOD_Lip-DPF manteve a estabilidade lipossomal e enzimática, por 50 dias, a uma humidade relativa de 40%. De seguida, considerando os parâmetros operacionais e as formulações otimizadas, produziram-se Lip-DPFs encapsulando SOD (SOD_Lip-DPFs). Depois de serem ressuspensos, os lipossomas contendo SOD mantiveram as cartacterísticas estruturais e capacidade de proteção da atividade enzimática. SOD_Lip-DPFs apresentaram propriedades aerodinâmicas adequadas para inalação, atingindo a região respiratória, ou seja, os brônquios terminais. Finalmente, produziram-se formulações lipossomais em pó seco carregadas com moléculas hidrofóbicas (Quer_Lip-DPFs) as quais também apresentaram propriedades aerodinâmicas adequadas. No geral, o trabalho aqui apresentado demonstra que a secagem usando a tecnologia supercrítica é inovadora, robusta, facilita o aumento de escala, é eficiente em termos de tempo para secagem dos lipossomas, mantendo-os estáveis durante o armazenamento e superando as desvantagens comuns dos métodos atuais de secagem e armazenamento.
As doenças respiratórias crónicas (DRCs) afetam as vias aéreas e outras estruturas dos pulmões. Terapias baseadas em anti-inflamatórios podem resultar em vários efeitos colaterais adversos. Para resolver este problema, uma sinergia entre a tecnologia farmacêutica e processos de dióxido de carbono supercrítico é estabelecida para a produção de terapias anti-inflamatórias inaláveis baseadas em enzimas e produtos naturais. Neste trabalho, converteram-se as formulações lipossomais carregadas com enzima (SOD) ou quercetina (Quer) em formulações lipossomais em pó seco (Lip-DPFs) para o tratamento de doenças pulmonares inflamatórias, usando o processo de secagem por pulverização assistida pelo CO2 supercrítico. Primeiro, as formulações lipossomais foram produzidas usando métodos distintos - microfluídica e o método de hidratação do filme fino. A microfluídica mostrou ser capaz de encapsular proteínas de baixo e alto peso molecular, preservando a estrutura conformacional e a atividade enzimática. Em segundo lugar, usando o desenho de experiências e os princípios de qualidade-por-design optimizou-se o processo de produção de Lip-DPFs usando um corante hidrofílico de baixo peso molecular como molécula modelo. Os estudos de estabilidade dos pós mostraram que o SOD_Lip-DPF manteve a estabilidade lipossomal e enzimática, por 50 dias, a uma humidade relativa de 40%. De seguida, considerando os parâmetros operacionais e as formulações otimizadas, produziram-se Lip-DPFs encapsulando SOD (SOD_Lip-DPFs). Depois de serem ressuspensos, os lipossomas contendo SOD mantiveram as cartacterísticas estruturais e capacidade de proteção da atividade enzimática. SOD_Lip-DPFs apresentaram propriedades aerodinâmicas adequadas para inalação, atingindo a região respiratória, ou seja, os brônquios terminais. Finalmente, produziram-se formulações lipossomais em pó seco carregadas com moléculas hidrofóbicas (Quer_Lip-DPFs) as quais também apresentaram propriedades aerodinâmicas adequadas. No geral, o trabalho aqui apresentado demonstra que a secagem usando a tecnologia supercrítica é inovadora, robusta, facilita o aumento de escala, é eficiente em termos de tempo para secagem dos lipossomas, mantendo-os estáveis durante o armazenamento e superando as desvantagens comuns dos métodos atuais de secagem e armazenamento.
Descrição
Palavras-chave
Biopharmaceuticals flavonoids liposomes solid dosage forms pulmonary delivery supercritical CO2-assisted spray-drying