A biogyógyszerek olyan készítmények, amelyeknek hatóanyaga biológiai forrásból származik. Előállításuk, lenyelhető tablettává formálásuk egyik fontos fázisa az anyag szárítása. Erre több hatékony módszer létezik, de azok, amelyek valóban gyorsan szárítanak nagy mennyiségű anyagot, a nagy hő – vagy pont ellenkezőleg – a fagyasztás miatt káros hatással lehetnek az anyag összetételére.

Egy módszer, amely nem változtatja nem kívánt módon az összetételt, az úgynevezett elektrosztatikus szálképzés. Ennek során egy kapilláris tűből kinyomva az oldatot, egy cseppet alakítanak ki, majd nagy elektromos feszültség alá helyezik. Az elektromos feszültség és a csepp saját felületi feszültsége kölcsönhatásának nyomán igen vékony, ún. nanoszálak válnak ki a cseppből. Mindez jellemzően szobahőmérsékleten zajlik. Az eljárás hátulütője az, hogy egy ilyen berendezés egy óra alatt legfeljebb egy milliliter anyagot tud feldolgozni. Több tű szimultán alkalmazása nem ajánlatos, mert a szomszédos kapillárisok elektromos tere befolyásolja a folyamatot.

A Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, a belga Oral Solids Development és a Sapientia EMTE kutatóinak együttműködése során kísérleteztek egy sajátos, tű nélküli eljárással, a nagy sebességű elektrosztatikus szálképzéssel, amely lehetővé teszi nagy mennyiségű anyag feldolgozását. Ebben egy kerek, nagy sebességgel forgó porlasztó található, amely nyolc, egyenként 330 mikrométer átmérőjű lyukon át adagolja az anyagot, 40 kilovolt feszültség alatt, percenként többezres fordulatszámon. A kísérleti anyag polivinil-alkohol volt, vizes oldatban. Hogy a létrejött nanoszálas anyagok tördelhetőségét növeljék, száraz hordozóanyagként különböző cukrok adagolásával (mannitol, glukóz, szacharóz, laktóz, trehalóz) próbálkoztak. A cukoradagolásnak ez a hatása ismert, bár a pontos mechanizmusa – noha vannak rá elméletek – még rejtély. A kísérletekben legjobban a kristályos és alacsony nedvességtartalmú mannitol vált be.

Az előállított polimer nanoszálak szárítása, őrlése után korszerű módszerekkel vizsgálták azok tulajdonságait: a víztartalmat, a kristályosságot, a fizikai stabilitást. A megfigyelések arra utalnak, hogy a technológiát még tökéletesíteni kell, hogy minél jobb minőségű, megfelelőbb fizikai tulajdonságokkal, törhetőséggel rendelkező polimerszálak keletkezzenek. Az eredmények igazolják, hogy a nagy sebességű elektrosztatikus szálképzés hatékony módszer lehet, óránként mintegy 40 millilitert sikerült előállítani, ami jelentős növekedés, így ez a technológia ígéretes e rendkívül kényes gyógyszertípus előállítása, tablettázása szempontjából.

Az eredményeket Electrospinning scale-up and formulation development of PVA nanofibers aiming oral delivery of biopharmaceuticals (Növelt léptékű elektrosztatikus szálképzés és PVA nanoszálak formulálása szájon át adagolható bio-gyógyszerek gyártása céljával) címmel az eXPRESS Polymer Letters folyóiratban (http://www.expresspolymlett.com/) tették közzé; a tanulmány szerzői: E. Hirsch, P. Vass, B. Démuth, Zs. Pethő, E. Bitay, S. K. Andersen, T. Vigh, G. Verreck, K. Molnár, Zs. K. Nagy, Gy. Marosi.

Szemléltető képanyag:

1. ábra. Polimer vizsgálatára használt berendezés vázlata (a), egytűs berendezés (b), amit a laboratóriumi léptékű kísérletnél használtak, és nagy léptékű, nagy sebességű elektrosztatikus szálképző berendezés (c).

2. ábra. A PVA vizes oldat viszkozitása és a kapott nanoszálak morfológiája (hagyományos elektro-szálképzéssel). A szálakról pásztázó elektronmikroszkóppal készítettek képeket, minden formulálás esetében az átlagos szálátmérőt tíz mérés alapján számították ki.

3. ábra. PVA- és PEO-tartalmú oldatokból nagysebességű elektro-szálképzéssel előállított nanoszálak pásztázó elektronmikroszkópi képe. Cseppképződés, viszkozitás és a szálak átmérője, mint a PEO-koncentráció függvénye. A cseppeket nyilakkal jelöltük. 

4. ábra. Pásztázó elektronmikroszkópos felvétel nagysebességű elektro-szálképzéssel előállított PVA-PEO szálakról, melyek a) glukózt, b) laktózt, c) mannitolt, d) szacharózt, illetve e) trehalózt tartalmaznak.

5. ábra. Pásztázó elektronmikroszkópi felvétel őrölt PVA-PEO-cukor szálakról, melyek a) glukózt, b) laktózt, c-d) mannitolt, e) szacharózt, illetve f) trehalózt tartalmaznak. Az elektrosztatikus szálképzést nagysebességű berendezéssel valósították meg, az így kapott nanoszálas rostokat kalapácsmalommal őrölték.

A kutatás eredményeit tartalmazó tanulmány teljes szövegének elérhetősége:

E. Hirsch, P. Vass, B. Démuth, Zs. Pethő, E. Bitay, S. K. Andersen, T. Vigh, G. Verreck, K. Molnár, Zs. K. Nagy, Gy. Marosi: Electrospinning scale-up and formulation development of PVA nanofibers aiming oral delivery of biopharmaceuticals. eXPRESS Polymer Letters Vol.13, No.7 (2019) 590–603. (Q1) IF=3.064.