PL160041B1

PL160041B1 - Method and device for the liposome production

Info

Publication number: PL160041B1
Application number: PL27641588A
Authority: PL
Priority date: 1988-12-14
Filing date: 1988-12-14
Publication date: 1993-01-29

Abstract

1. A device for producing liposomes in a dialysis process, fitted with a buffer tank, a pump, a magnetic mixer and driving motor, characterised in that it has a cylindrical hermetic chamber (2) consisting of three compartments, and the middle compartment (3) is separated frontally from both external compartments (4) with semi-permeable membranes (5), and in the central compartment is the rotor (6) of the magnetic mixer (7), and in the side wall of the central compartment there are two capillary tubes (25), and in the side walls of the external compartments (4) there are inlet pipes (18) and outlet pipes (19), and the chamber (2) is located in a thermally isolated unit (1), in which the motor (13) of the magnetic mixer (7) and a heater (10) are located, and further the device is fitted with a programming-control unit (11) connected to the heater (10), to temperature sensors (15) (16), to the motor (13) of the mixer (7) and to the motor (14) of a metering pump (9), which pump has its pressure section connected to the inlet pipes (18) of the external compartments (4).<IMAGE>

Description

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do wytwarzania liposomów, znajdujące zastosowanie w biofizyce, biochemii, farmakologii.The subject of the invention is a device for the production of liposomes, applicable in biophysics, biochemistry and pharmacology.

Liposomy są w przybliżeniu kulistymi tworami o średnicy od kilkudziesięciu nm do kilku pm, których ścianki utworzone są z bimolekularnej warstwy fosfolipidowej. Ponieważ bimolekularna warstwa fosfolipidowa jest podstawowym szkieletem strukturalnym każdej błony komórkowej, liposomy są uznanym i szeroko rozpowszechnionym modelem błony komórkowej stosowanym w pracach badawczych nad właściwościami błon, ich funkcjami, oddziaływaniem na inne błony itp. Liposomy wprowadzone do organizmu łatwo ulegają procesom metabolicznym i są nietoksyczne. Stąd obserwuje się ostatnio szybki rozwój nowego, bardzo obiecującego zastosowania liposomów w farmakologii. Zaobserwowano, że leki podawane do organizmu w postaci zamkniętej w liposomach wykazują korzystnie odmienną charakterystykę farmakologiczną.Liposomes are approximately spherical formations with a diameter from several dozen to several µm, the walls of which are made of a bimolecular phospholipid layer. Since the bimolecular phospholipid layer is the basic structural skeleton of every cell membrane, liposomes are a recognized and widespread model of the cell membrane used in research on membrane properties, their functions, interaction with other membranes, etc. Liposomes introduced into the body are easily subject to metabolic processes and are non-toxic. Hence, there has been a rapid development of a new, very promising application of liposomes in pharmacology. It has been observed that drugs administered to the body encapsulated in liposomes have advantageously different pharmacological characteristics.

Znane jest urządzenie do wytwarzania liposomów zwane dezintegratorem ultradźwiękowym, wyposażone w głowicę ultradźwiękową wprawianą w ruch oscylacyjny, co powoduje rozbijanie wodnej zawiesiny lipidów i powstawanie liposomów.There is a known device for the production of liposomes called an ultrasonic disintegrator, equipped with an ultrasonic head set in an oscillating movement, which causes the breakdown of the aqueous lipid suspension and the formation of liposomes.

Wytwarzanie liposomów w opisanym aparacie charakteryzuje się trudnością utrzymywania i kontrolowania temperatury w wyniku lokalnego ogrzewania się zawiesiny, wywołanego działaniem ultraoźwięków oraz zachodzącym niepożądanym procesem utleniania lipidów wskutek wzrostu temperatury i działania ultradźwięków, a także występowaniem szkodliwych domieszek mikroskopijnych cząstek metalu, spowodowanym erozją głowicy ultradźwiękowej.The production of liposomes in the described apparatus is characterized by the difficulty of maintaining and controlling the temperature as a result of local heating of the suspension caused by the action of ultrasound and the undesirable lipid oxidation process taking place due to the temperature increase and the action of ultrasound, as well as by the presence of harmful microscopic admixtures of metal particles caused by the erosion of the ultrasonic head.

Innym znanym sposobem wytwarzania liposomów jest powolne usuwanie łagodnego detergentu z zawiesiny mieszanych micelli lipid/detergent, przy pomocy dializy realizowanej przez umieszczenie podłużnego zbiornika z błony półprzepuszczalnej w zbiorniku kształtu walcowego, w którym grawitacyjnie odbywa się wymiana buforu, z góry na dół. Zestaw zbiorników służący do realizacji procesu nie zapewnia utrzymania niezbędnych parametrów wymaganych dla powtarzalności wyników.Another known method of preparing liposomes is to slowly remove the mild detergent from a mixed lipid / detergent micellar suspension by dialysis by placing an elongated semipermeable membrane reservoir in a cylindrical shape reservoir in which gravity changes the buffer from top to bottom. The set of tanks used to carry out the process does not ensure the maintenance of the necessary parameters required for the repeatability of results.

160 041160 041

Innym znanym sposobem jest sączenie wodnej zawiesiny lipidów na kolumnie chromatograficznej wyposażonej w sits molekularne. Proces prowadzony na tym urządzeniu Jest pracochłonny i nie zapewnia uzyskania powtarzalnych wyników w zakresie średnicy pęcherzyków. Trudne Jest także utrzymanie żądanej temperatury procesu.Another known method is filtering the aqueous lipid suspension on a chromatographic column equipped with molecular seats. The process carried out on this device is laborious and does not provide reproducible results in terms of bubble diameter. It is also difficult to maintain the desired process temperature.

U rezultacie urządzenia te nie zapewniają stałych i powtarzalnych warunków usuwania detergentu, co prowadzi do powstawania heterogennej populacji liposomów o różnych rozmiarach, a także wielowarstwowych. Ponadto zarówno dializa z grawitacyjną wymianą buforu, jak też sączenie chromatograficzne wymagają jeszcze dalszej obróbki np. odwirowywania.As a result, these devices do not provide consistent and reproducible conditions for the removal of detergent, leading to a heterogeneous population of liposomes of various sizes as well as multilayers. Moreover, both dialysis with gravity buffer exchange and chromatographic filtration require further processing, e.g. centrifugation.

Wynalazek dotyczy urządzenia do wytwarzania liposomów poprzez dializę, wyposażonego w zbiornik buforu, pompę, mieszadło magnetyczne i silniki napędowe. Istota wynalazku polega na tym, że w skład urządzenia wchodzi walcowa szczelna komora utworzona z trzech przedziałów, z których środkowy oddzielony jest czołowo od obu zewnętrznych błonami półprzepuszczalnymi. N środkowym przedziale znajduje się wirnik magnetycznego mieszadła, a w bocznej ścianie tegoż przedziału są osadzone dwie rurki kapilarne, natomiast w bocznych ścianach zewnętrznych przedziałów osadzone są wlotowe i wylotowe rury. Komora umieszczona jest w termicznie izolowanym bloku, w którym osadzony jest silnik magnetycznego mieszadła oraz grzejnik. Urządzenie jest wyposażone w człon programująco-Sterujący połączony z grzejnikiem, termometrami, silnikiem mieszadła i silnikiem dozującej pompy, stroną tłoczną połączonej z wlotowymi rurami zewnętrznych przedziałów. Korzystne jest, gdy do bloku od strony grzejnika przylega płyta ze spiralnym kanałem wypełnionym przewodem, połączonym z jednej strony do strony tłocznej pompy a z drugiej strony do wlotowych rur zewnętrznych przedziałów. Korzystne jest także, gdy wirnik mieszadła magnetycznego Jest wsparty centrycznie na dwóch trójramiennych wspornikach, znajdujących się po obu stronach środkowego przedziału komory.The invention relates to a device for the production of liposomes by dialysis, equipped with a buffer reservoir, pump, magnetic stirrer and drive motors. The essence of the invention consists in the fact that the device consists of a cylindrical sealed chamber made of three compartments, the middle of which is separated at the front from both outer by semi-permeable membranes. In the middle of the compartment there is a rotor of the magnetic stirrer, and in the side wall of this compartment are mounted two capillary tubes, while in the side walls of the outer compartments there are inlet and outlet pipes. The chamber is placed in a thermally insulated block in which the motor of the magnetic stirrer and the heater are mounted. The device is equipped with a programming and control unit connected to a heater, thermometers, a stirrer motor and a dosing pump motor, the discharge side connected with the inlet pipes of the outer compartments. Preferably, adjacent to the block on the radiator side is a plate with a spiral channel filled with a conduit connected on one side to the discharge side of the pump and on the other side to the inlet pipes of the outer compartments. It is also advantageous if the rotor of the magnetic stirrer is supported centrally on two three-armed supports located on both sides of the central compartment of the chamber.

Urządzenie zgodne z wynalazkiem pozwala na sterowany i kontrlowany proces usuwania detergentu z zawiesiny micelii lipidowo-detergentowych w procesie ciągłej przepływowej dializy, co umożliwia tworzenie pęcherzyków lipidowych o zadanych parametrach, zależnych od ustawionych warunków dializy. Ponadto zapewnia ono stałość i powtarzalność zadanych parametrów procedury i pozwala na realizację takich funkcji jak sterowanie temperaturą w komorze dializacyjnej i dopływającego buforu, sterowanie prędkością przepływu buforu, sterowanie prędkością obrotową mieszadła magnetycznego, programowanie czasu dializy, automatyczne wyłączanie i informacje o przebiegającym procesie. W rezultacie uzyskuje się wysoką jakość liposomów w oszczędnym materiałowo procesie wytwarzania.The device according to the invention allows for a controlled and controlled process of removing detergent from the suspension of lipid-detergent micelles in the process of continuous flow dialysis, which enables the formation of lipid vesicles with given parameters, depending on the dialysis conditions set. In addition, it ensures the stability and repeatability of the set parameters of the procedure and allows for the implementation of functions such as temperature control in the dialysis chamber and the incoming buffer, control of the buffer flow rate, control of the rotational speed of the magnetic stirrer, programming the dialysis time, automatic shutdown and information about the ongoing process. The result is high-quality liposomes in a material-saving manufacturing process.

Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat blokowy urządzenia, fig. 2 blok z komorą preparatywną w przekroju osiowym, a fig. 3 ten blok z komorą w przekroju poprzecznym.The subject of the invention is presented in the embodiment in the drawing, in which fig. 1 shows a block diagram of the device, fig. 2 shows a block with a preparative chamber in axial section, and fig. 3 this block with a chamber in cross-section.

Urządzenie składa się z termicznie izolowanego bloku 1, wewnątrz którego umieszczona jest walcowa szczelna komora 2 utworzona z trzech przedziałów, środkowy przedział 3 oddzielony jest czołowo od obu zewnętrznych przedziałów 4 półprzepuszczalnymi błonami 5. W środkowym przedziale 3 znajduje się wirnik 6 magnetycznego mieszadła 7. Zbiornik 8 buforu 8 połączony jest ze ssawną stroną perystaltycznej pompy 9, której tłoczna strona jest połączona z zewnętrznymi przedziałami 4 komory 1. W bloku 1 umieszczony jest elektryczny grzejnik 10 przyłączony do bloku 11 programująco-sterującego zasilanego z zasilacza 12. Sterująco-programujący blok 11 połączony jest ponadto z silnikiem 13 magnetycznego mieszadła, oraz z silnikiem 14 pompy 9 oraz czujnikiem temperatury 15 osadzonym w bloku 1 i czujnikiem temperatury 16 umieszczonym w środkowym przedziale 3 komory 2. Ponadto urządzenie wyposażone jest w wyświetlacz 17 temperatury. W bocznych ś^.anach zewnętrznych przedziałów 4 osadzone są wlotowe teflonowe rury 13 i wylotowe teflonowe rury 19. Wlotowe rury 18 połączone są ze spiralnym kanałem 20, którego wlot połączony jest z tłoczną stroną pompy 9. Wirnik 6 mieszadła 7The device consists of a thermally insulated block 1, inside which a cylindrical sealed chamber 2 is placed, made of three compartments, the middle compartment 3 is separated at the front from both outer compartments 4 by semi-permeable membranes 5. In the middle compartment 3 there is a rotor 6 of a magnetic stirrer 7. Tank 8 of the buffer 8 is connected to the suction side of the peristaltic pump 9, the discharge side of which is connected to the outer compartments 4 of the chamber 1. In block 1 there is an electric heater 10 connected to the programming and control block 11 supplied from the power supply 12. Control and programming block 11 connected it is further provided with a motor 13 of a magnetic stirrer, and a motor 14 of a pump 9 and a temperature sensor 15 embedded in block 1 and a temperature sensor 16 located in the middle compartment 3 of the chamber 2. Moreover, the device is provided with a temperature display 17. In the side channels of the outer compartments 4, the inlet Teflon pipes 13 and the outlet Teflon pipes 19. The inlet pipes 18 are connected to a spiral channel 20, the inlet of which is connected to the discharge side of the pump 9. The impeller 6 of the agitator 7

160 041 wsparty jest centrycznie na dwóch trójramiennych wspornikach 21 znajdujących się po obu stronach środkowego przedziału 3 komory 2. Szczelność pomiędzy przedziałami 3 i 4 zrealizowana jest za pomocą falistej sprężyny 22 pierścieniowej oraz pokrywki 23 wraz z wkręcanym gwintowanym pierścieniem 24. Do środkowego przedziału 3 poprzez boczną ścianę doprowadzone są dwie kapilarne rurki 25.160 041 is supported centrally on two three-armed supports 21 located on both sides of the central compartment 3 of the chamber 2. The tightness between the compartments 3 and 4 is achieved by means of a corrugated ring spring 22 and a cover 23 with a threaded threaded ring 24. To the middle compartment 3 via two capillary tubes 25 are brought to the side wall.

2 25 6 21 12 25 6 21 1

Fig. 3Fig. 3

160 041160 041

Fig. 2Fig. 2

160 041 csil160,041 csil

Zakład Wydawnictw UPRP. Nakład 90 egz. Cena 10 000 złThe Publishing House of the Polish Patent Office. Circulation of 90 copies. Price: PLN 10,000

Claims

Patent claims

I. Device for the production of liposomes by dialysis equipped with a buffer tank, pump, magnetic stirrer and drive motors, characterized in that it has a cylindrical sealed chamber (2) made of three compartments, the middle compartment (3) of which is separated at the front end from the two outer the compartments (4) with semi-permeable membranes (5), with the rotor (6) of the magnetic stirrer (7) in the middle compartment, and two capillary tubes (25) embedded in the side wall of the middle compartment, while in the side walls of the outer compartments (4) the inlet pipes (I8) and outlet pipes (19) are embedded, with the chamber (2) placed in a thermally insulated block (1) in which the motor (13) of the magnetic stirrer (7) and the heater (10) are mounted, and moreover, the device is equipped with a program and control block (11) connected with a heater (10), temperature sensors (15), (16), the motor (13) of the stirrer (7) and the motor (14) of the dosing pump (9), discharge side connect connected to the inlet pipes (18) of the outer compartments (4).

2. The device according to claim A plate adjoining the block (1) on the side of the heater (10) with a spiral channel (20) filled with a conduit, connected on one side with the discharge side of the pump (9) and on the other side with the inlet pipes (18) of the outer compartments (4).

3. The device according to claim The method of claim 1, characterized in that the rotor (6) of the stirrer (7) is supported centrally on two three-arm supports (21) located on both sides of the central compartment (3).