De complexiteit van nanomedicijnen vereist een uiterst gedetailleerde en integrale benadering van karakterisering. Elke component binnen een nanopartikel heeft een specifieke functie, wat betekent dat het noodzakelijk is om niet alleen de individuele componenten kwantitatief te bepalen, maar ook hun onderlinge relaties en interacties te analyseren, zowel in termen van stoichiometrie als ruimtelijke oriëntatie. Voor het karakteriseren van nanomaterialen worden geavanceerde analytische technieken ingezet, zoals hoogresolutie transmissie-elektronenmicroscopie (HRTEM), elektronen-terugverstrooiingsdiffractie (EBSD), en het Brunauer–Emmett–Teller (BET)-oppervlakteanalyse. Daarnaast zijn oppervlakte-eigenschappen zoals zeta-potentiaal cruciaal om de lading en daarmee stabiliteit van de nanopartikels te begrijpen.

Stabiliteitsstudies vormen een onmisbare schakel binnen de kwaliteitsbewaking van nanomedicijnen. Net als bij conventionele geneesmiddelen dienen de ICH Q1-richtlijnen gevolgd te worden om de kwaliteit gedurende de houdbaarheid te monitoren. Daarbij zijn er specifieke parameters voor nanomaterialen die de Amerikaanse FDA aanbeveelt te controleren: de grootte en grootteverdeling van nanodeeltjes, morfologie, zelfassociatie (agglomeratie en aggregatie), oppervlakte-lading, afgiftekinetiek van het geneesmiddel, lekkage uit de nanocarrier, afbraak van het nanomateriaal (zoals verlies van oppervlakte-liganden), interacties met de formulering of verpakking, heroplosbaarheid van het product, kristalstructuur, en het effect van verdunning tijdens gebruik. Dit spectrum aan eigenschappen reflecteert de complexiteit van nanomedicinale systemen en onderstreept de noodzaak van een gedifferentieerde aanpak in kwaliteitscontrole.

De aanwezigheid van onzuiverheden en contaminanten in nanomedicijnen is een kritisch aandachtspunt. De actieve farmaceutische ingrediënten (API’s) en hulpstoffen vormen de primaire bron van mogelijke verontreinigingen. Chemische reacties tijdens productie kunnen residuen en degradatieproducten genereren die onder ICH Q3A- en Q3B-richtlijnen gecontroleerd moeten worden. Daarnaast is de controle op anorganische en elementaire onzuiverheden volgens ICH Q3D essentieel, waarbij de toxiciteitsprofielen bepalen welke contaminanten acceptabel zijn en welke vermeden moeten worden. Residuele oplosmiddelen, vaak gebruikt bij nanopartikelproductie zoals chloroform, dichloormethaan, en methanol, moeten worden gespecificeerd en gemonitord conform ICH Q3C.

Een bijzondere en vaak onderschatte bedreiging vormen biologische contaminanten zoals endotoxines. Nanomaterialen hebben een extreem reactief oppervlak dat diverse moleculen uit de omgeving kan adsorberen, waaronder endotoxines, welke zich via hun lipidegroepen en fosfaatgroepen binden aan respectievelijk hydrofobe en positief geladen oppervlakken van nanopartikels. Endotoxines zijn hittebestendig en kunnen niet worden verwijderd via standaard sterilisatiemethoden. Daarom zijn specifieke detectiemethoden zoals de rabbit pyrogen test (RPT) en de limulus amoebocyte lysate (LAL) assay cruciaal en worden wereldwijd erkend door regelgevende instanties als FDA en EMA.

Op het gebied van productie gelden strenge richtlijnen. Alle gebruikte hulpstoffen moeten als veilig worden beschouwd (GRAS) en voldoen aan de inactive ingredient database (IIG). De fysisch-chemische eigenschappen van de API, waaronder de deeltjesgrootte, polymorfisme, en onzuiverheidsprofielen, moeten strikt gecontroleerd worden om batchconsistentie te waarborgen. Kwaliteitscontrole op hulpstoffen is evenzeer cruciaal, waarbij technieken als Fourier-transformatie-infraroodspectroscopie (FTIR) en differentiële scanning calorimetrie (DSC) ingezet worden om variabiliteit tussen partijen te minimaliseren.

De fabricage van nanomedicijnen vereist geavanceerde apparatuur en faciliteiten, inclusief aseptische productie- en verpakkingsruimtes, om steriliteit van het eindproduct te garanderen. Procescontrole op verschillende productiestadia is essentieel en moderne technologieën zoals procesanalytische technologie (PAT), kunstmatige intelligentie (AI) en machine learning (ML) worden steeds meer toegepast voor real-time monitoring en optimalisatie.

Wat betreft procesontwikkeling bestaan er fundamentele verschillen tussen batch- en continue productie. Batchproductie verloopt in opeenvolgende stappen en biedt flexibiliteit en kostenvoordelen, maar gaat gepaard met complexe documentatie, intensieve reiniging en valideringsvereisten, en risico’s op uitval van media-fill tests. Continue productie daarentegen verhoogt de efficiëntie door een gestroomlijnde workflow, minder schoonmaakinterventies, en geautomatiseerde controles, waardoor contaminatierisico’s dalen en arbeidsinzet vermindert. De initiële investeringskosten en het oplossen van productiefouten vormen echter belangrijke uitdagingen. Technologieën als high shear mixing, sonicatie, hoge-druk homogenisatie en microfluidica worden vooral toegepast binnen continue processen vanwege hun precisie en schaalbaarheid.

De veelzijdigheid en complexiteit van nanomedicinale producten vragen een multidimensionale benadering waarbij chemische, fysische, biologische en procestechnologische parameters nauwkeurig gemonitord en gecontroleerd worden om veiligheid, effectiviteit en reproduceerbaarheid te waarborgen. Daarbij moet men zich ook bewust zijn van de invloed van omgevingsfactoren en verpakking op de integriteit van nanomedicijnen, evenals de noodzaak tot continue innovatie in analysetechnieken en productiemethoden om aan strengere regulatoire eisen te voldoen.

Hoe liposomen worden geproduceerd en welke rol stabiliteit speelt in hun effectiviteit

Liposomen zijn een krachtige technologie voor geneesmiddelafgifte, die in staat zijn om medicijnen in het lichaam te transporteren door een lipide-omhulsel te gebruiken. Dit systeem biedt een aantal voordelen, zoals de mogelijkheid om medicijnen op een gerichte manier af te leveren en de stabiliteit van de actieve stoffen te verbeteren. Toch blijft de productie van liposomen een complex proces met verschillende uitdagingen, die zorgvuldig moeten worden beheerd om de effectiviteit van het product te waarborgen.

De productie van liposomen omvat verschillende fasen, waaronder de keuze van lipiden, het maken van een geschikte formulering en het vaststellen van de juiste productiemethode. Er zijn verschillende technieken om liposomen te maken, zoals de dunne filmmethode en de ethanolinjectiemethode. Beide methoden hebben hun eigen voor- en nadelen, afhankelijk van het doel van het liposoom en het type medicijn dat het moet vervoeren. In de dunne filmmethode worden lipiden opgelost in een oplosmiddel, waarna dit oplosmiddel wordt verdampt, wat resulteert in een dunne film die wordt gehydrateerd om liposomen te vormen. De ethanolinjectiemethode daarentegen maakt gebruik van ethanol om de lipiden op te lossen, wat een andere dynamiek biedt voor liposoomvorming.

Echter, het proces van liposoomvorming is niet zonder zijn eigen problemen. Liposomen kunnen namelijk last hebben van instabiliteit, zoals aggregatie, medicijnlekken of oxidatie, wat hun effectiviteit kan verminderen. Dit maakt stabiliteitsstudies een fundamenteel onderdeel van kwaliteitscontrole (QA) voor liposomale formuleringen. Stabiliteitsstudies moeten zowel de korte als lange termijn stabiliteit van liposomen evalueren onder verscheidene omstandigheden, zoals verschillende temperaturen en luchtvochtigheidsniveaus, om de houdbaarheid van het product te bepalen. Het gebruik van cryoprotectanten tijdens het vriesdrogen en antioxidanten in de formulering kan helpen om de stabiliteit van liposomen te verbeteren.

Daarnaast is het belangrijk te begrijpen dat de methoden voor het karakteriseren van liposomen niet alleen gericht zijn op het meten van de grootte en de lading van de liposomen, maar ook op de kwaliteit van de afgifte van het medicijn. Er zijn verschillende technieken voor het meten van deze parameters, zoals fluorescentieanalyse en flow cytometrie, hoewel deze technieken niet altijd geschikt zijn voor lange termijnmonitoring, omdat de fluorescentie na verloop van tijd kan afnemen. Nieuwe, markerloze technieken zoals surface plasmon resonance (SPR) en coherent anti-Stokes Raman scattering (CARS) bieden alternatieven die de fysische en chemische eigenschappen van liposomen kunnen meten zonder dat er fluorescente labels nodig zijn.

De stabiliteit van liposomen is dus een veelomvattend onderwerp, dat niet alleen betrekking heeft op de productiemethode en de gekozen formulering, maar ook op de interactie tussen liposomen en het opslagtankmateriaal. Bij langdurige opslag kunnen er reacties optreden tussen de liposomen en het verpakkingmateriaal, wat de integriteit van het product kan aantasten. Daarom moeten de containers die worden gebruikt voor liposoomproducten zorgvuldig worden geselecteerd om te voorkomen dat de liposomen in contact komen met materialen die hun stabiliteit kunnen beïnvloeden.

Vanuit het perspectief van regelgevende instanties zoals de Amerikaanse FDA en het Europese EMA, wordt er streng toezicht gehouden op de productie van liposomale geneesmiddelen. Deze instanties hebben richtlijnen ontwikkeld die zowel de productie als de kwaliteitscontrole van liposomen reguleren. De FDA benadrukt bijvoorbeeld de noodzaak van gevalideerde methoden om de consistentie van productpartijen te waarborgen. Het European Medicines Agency (EMA) legt ook nadruk op de stabiliteit van liposomen onder verschillende opslagomstandigheden en de grootte- en ladingverdeling van de liposomen. Dergelijke richtlijnen benadrukken het belang van Quality by Design (QbD), waarbij de Kritische Kwaliteitsattributen (CQAs) van een product al in de ontwikkelingsfase worden gedefinieerd en het productieproces wordt ontworpen om deze eigenschappen te behouden gedurende de gehele productlevenscyclus.

De regulerende richtlijnen van zowel de FDA als de EMA zijn belangrijk voor de commercialisering van liposomale geneesmiddelen. In feite vormen deze richtlijnen de basis voor de productie van geneesmiddelen die veilig en effectief zijn. De focus ligt hierbij op het waarborgen van de stabiliteit en functionaliteit van het product, het bepalen van de CQAs, en het begrijpen van de risicofactoren die invloed hebben op de prestaties van liposomen. Een zorgvuldige evaluatie van de afgiftekinetiek, de deeltjesgrootte, en de lipide-excipiënten is essentieel voor het succes van liposomale formuleringen. Het is niet alleen belangrijk om de structuur van de liposomen te begrijpen, maar ook hoe deze structuur invloed heeft op de werking van het geneesmiddel.

Naast de reguliere stabiliteits- en kwaliteitsstudies moeten producenten van liposomen ook aandacht besteden aan de geavanceerde technieken voor het karakteriseren van liposomen en het verbeteren van de productiemethoden. Innovaties in productietechnologie, zoals het gebruik van superkritische CO2 voor liposoomvorming, zouden kunnen helpen om de productie op te schalen en tegelijkertijd de kwaliteit van het eindproduct te waarborgen. Dit soort vooruitgangen zal uiteindelijk bijdragen aan de commercialisering van liposomen als betrouwbare en effectieve geneesmiddelafgiftesystemen.

Wat zijn de uitdagingen en oplossingen bij de vriesdroging van nanodeeltjes?

De toepassing van het vriesdroogproces op nanopartikel suspensies werd beschreven door Abdelwahed et al. (2006). Het basisprincipe van dit proces bestaat uit het verwijderen van het watergehalte van een bevroren monster door sublimatie en desorptie onder vacuüm. In het algemeen kan het vriesdroogproces worden onderverdeeld in drie fasen: het bevriezen van het monster (solificatie), de primaire droging die overeenkomt met de sublimatie van ijs, en de secundaire droging die betrekking heeft op de desorptie van niet-bevroren water. In het geval van nanopartikel suspensies omvat de cryo-geconcentreerde fase de nanodeeltjes, de resterende vrije oppervlakteactieve stoffen, het buffer en de vrije geneesmiddelen. Gedurende het vriesdroogproces kunnen zich verschillende problemen voordoen die leiden tot verlies van de integriteit van de eigenschappen van de nanodeeltjes. Zo kan de kristallisatie van ijs mechanische stress uitoefenen op de nanodeeltjes, wat leidt tot hun destabilisatie. Dit effect is bijzonder kritisch bij de lyofilisatie van nanocapsules, die bij lyofilisatie zeer fragiel zijn (Abdelwahed et al., 2006).

De hoge concentratie nanodeeltjes in het uiteindelijke gedroogde product kan de aggregatie bevorderen en in sommige gevallen zelfs onomkeerbare coalescentie van nanodeeltjes veroorzaken. Het toevoegen van cryoprotectanten kan de weerstand van de nanodeeltjes tegen de vries- en droogstress verbeteren en ook de stabiliteit tijdens langdurige opslag verhogen. Over het algemeen wordt het type cryoprotectant geselecteerd om een maximale stabilisatie van de nanodeeltjes te waarborgen. Suikers, zoals trehalose, mannose, sucrose, glucose, lactose, maltose en mannitol, worden vaak gebruikt, maar het stabilisatieniveau hangt meestal af van hun concentraties (Chasteigner et al., 1995; Jaeghere et al., 1999; Sameti et al., 2003; Abdelwahed et al., 2006).

De gewichtsverhouding cryoprotectant/nanodeeltjes is een belangrijke parameter om te overwegen om de stabiliteit van de nanodeeltjes tijdens het vriesdroogproces te behouden. Zo werd bijvoorbeeld een gewichtsverhouding van trehalose/nanodeeltjes (1/1) als optimaal bevonden om de volledige hersuspensie van vriesgedroogde PLA-PEG nanodeeltjes te bevorderen (Jaeghere et al., 1999). In sommige gevallen kan het verhogen van de cryoprotectantconcentratie boven de optimale waarde de stabiliteit van de nanodeeltjes compromitteren en zelfs hun destabilisatie bevorderen (Sameti et al., 2003). Hoewel suikers de meest populaire cryoprotectanten zijn, kunnen ook andere componenten nanodeeltjes beschermen tijdens lyofilisatie. Zo bleven PCL nanocapsules intact na lyofilisatie in aanwezigheid van een overschot aan PVA dat aan het preparaatmedium werd toegevoegd in concentraties variërend van 2,5% tot 5% (Abdelwahed et al., 2006). Evenzo kunnen poly(isobutylcyanoacrylaat) en poly(isohexylcyanoacrylaat) nanodeeltjes vriesdrogen zonder enige wijziging in hun grootte in aanwezigheid van 2% pluronic® F68 (Seijo et al., 1990).

Naast de hulpstoffen kunnen de parameters van het vriesdroogproces de textuur van de bevroren matrix en de uiteindelijke morfologische eigenschappen van de vriesgedroogde cake beïnvloeden. Over het algemeen is de optimalisatie van de vriesdroogcyclus gericht op het verkorten van de sublimatieduur, aangezien dit de langste stap in het hele proces is (Brigger et al., 2003; Abdelwahed et al., 2006). Ten slotte moeten vriesgedroogde nanocapsules worden opgeslagen bij een temperatuur onder de glasovergangstemperatuur van de formulering om de glazen toestand van de cryoprotectant te behouden en de aggregatie van de nanocapsules te voorkomen. Dit was het geval bij vriesgedroogde nanocapsules gemaakt van poly(vinylpyrrolidon) (PVP), die stabiel bleven na zes maanden opslag onder versnelde stabiliteitsomstandigheden (40°C) (Abdelwahed et al., 2006).

De spray-droogtechniek transformeert vloeistoffen in gedroogde deeltjes onder een continu proces. Het kan een interessant alternatief zijn voor vriesdrogen vanwege voordelen zoals lage kosten, een snel proces en de mogelijkheid om de fysisch-chemische eigenschappen van de geproduceerde poeders te moduleren door het variëren van de procesparameters (Broadhead et al., 1992). Het is een behandeling die geschikt is voor hittegevoelige moleculen zoals eiwitten, waarbij ze worden beschermd tegen significante degradatie (Adler et al., 2000). Nanodeeltjesformuleringen die aan spray-drogen worden onderworpen, zijn over het algemeen aquatische suspensies en bevatten een oplosbaar bestanddeel dat wordt toegevoegd als drooghulpstof. Voorbeelden van drooghulpstoffen zijn colloïdaal siliciumdioxide (Müller et al., 2000; Tewa-Tagne et al., 2006), lactose, mannitol en PVP (Tewa-Tagne et al., 2007). Het spray-droogproces bestaat uit vier belangrijke stappen: (1) het atomiseren van de voeding, dat wil zeggen de nanopartikel suspensie, tot een nevel, (2) de nevel-luchtcontact, (3) de droging van de nevel, en (4) de scheiding van het gedroogde product van het drooggas (Master, 1991).

Net als bij vriesdroogtechnieken wordt de nanopartikel suspensie omgezet in een droge formulering. De poedervorm moet worden opgeslagen bij een temperatuur onder de glasovergangstemperatuur van het polymeer dat de nanodeeltjes vormt. Het belangrijkste probleem kan zich voordoen bij de hersuspensie van het poeder, waar aggregaten moeilijk te dissociëren kunnen zijn.

Voor systemen die bedoeld zijn voor parenterale toediening is het vinden van een geschikte sterilisatiemethode een cruciale laatste stap in de productie. Elke voorbereiding moet geval per geval worden gevalideerd, aangezien nanodeeltjes verschillend kunnen worden beïnvloed door de sterilisatiemethode, afhankelijk van hun componenten, formulering en/of bereidingsmethode (Ragelle et al., 2017). Sterilisatieprocedures zoals gamma-bestraling of autoclaving kunnen schadelijk zijn voor gevoelige API's, PLGA-ketenverandering veroorzaken en de algehele eigenschappen van de nanoformulering zelf beïnvloeden (Bozdag et al., 2005; Keles et al., 2015). In dit geval kan een alternatieve methode steriele filtratie van het eindproduct zijn. Niettemin werkt dit proces alleen voor nanoformuleringen met een deeltjesgrootteverdeling kleiner dan 0,22 µm. Ten slotte kan aseptische productie worden geïmplementeerd. Aseptische processen kunnen echter kostbaar en

Hoe Young Wild West en Zijn Vrienden de Val van de Mijnwerkers Vermeden
Hoe je zeldzame steltlopers kunt identificeren: Gedrag en kenmerken van enkele moeilijk te onderscheiden soorten
Wat is de stabiliteit van fractionele differentiaalvergelijkingen en hoe kunnen we deze begrijpen?