Synthese von Lipid-Nanopartikeln durch turbulente Strömung in geschlossenen Aufprallstrahlmischern

Unsere Forschung konzentriert sich auf das Verständnis der Bildung von Nanopartikeln durch turbulentes Mischen von Lösungsmittel- und Lösungsmittelströmen in begrenzten Geometrien. Das enge turbulente Mischen ermöglicht die reproduzierbare Produktion von Lipid-Nanopartikeln unter kontinuierlichen Strömungsbedingungen, die vom Labormaßstab bei Hunderten von Mikrolitern bis zum industriellen Maßstab bei Dutzenden von Litern pro Minute reichen. Lipid-Nanopartikel werden in der Regel mit mikrofluidischen Geräten oder durch Pipettenmischung hergestellt.

Diese mikrofluidischen Geräte mischen Ethanol-Lösungsmittel- und wässrige Lösungsmittelströme in diesen kapillarartigen Kanälen. Diese kleinen Kanäle und geringen Durchflussraten führen jedoch zu einer niedrigen Reynolds-Zahl, was zu einer laminaren Durchmischung führt. Und beim Pipettenmischen werden LNPs hergestellt, indem der Lösungsmittelstrom direkt in ein Lösungsmittelbad injiziert wird.

Die derzeitigen Methoden zur Herstellung von Lipid-Nanopartikeln weisen eine schlechte Skalierbarkeit und Reproduzierbarkeit auf. Zum Beispiel ist das Mischen der Pipette aufgrund des uneingeschränkten manuellen Mischens von Natur aus variabel. Mikrofluidische Geräte lösen zwar einige dieser Probleme, arbeiten aber mit sehr niedrigen Durchflussraten.

Und sie verschmutzen aufgrund der Ablagerung von Lipid-RNA an den Kanalwänden. Diese Probleme unterstreichen die Notwendigkeit reproduzierbarer Techniken mit hohem Durchsatz im Labor- und klinischen Maßstab. Dieses Protokoll demonstriert die reproduzierbare und skalierbare Produktion von Lipid-Nanopartikeln durch turbulentes Mischen über verschiedene Chargengrößen hinweg.

Forscher können das Screening oder die Optimierung von LNP-Formulierungen in kleinem Maßstab sicher durchführen, bevor sie größere Materialchargen für längere Versuche herstellen. Das turbulente Mischen sorgt für konsistente Nanopartikel unabhängig von der Chargengröße. Turbulente Mischer sind auf die Geometrie beschränkt und lösen die Hauptprobleme bestehender Techniken zur Herstellung von Lipid-Nanopartikeln.

Die Verwendung turbulenter Bedingungen führt zu einem schnelleren Mischen auf molekularer Skala, was den Einbau von Oligonukleotiden unterschiedlicher Größe in den LNP-Kern ermöglicht. Der CIJ-Mischer eliminiert auch die Verschmutzung, die durch Lipidablagerungen an den Mischerwänden verursacht wird. Turbulente Strömungen mit der gleichen Reynolds-Zahl haben selbstähnliche turbulente Wirbel auf der Kolmogorov-Skala für eine konsistente Durchmischung.