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Pegilación y liofilización de nanopartículas sólidas lipídicas con colesteril oleato como vectores de ácidos nucleicos

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Universitat de Barcelona. Facultat de Farmàcia i Ciències de l'Alimentació

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[spa] Las nanopartículas catiónicas sólidas lipídicas (cSLN) han surgido como una herramienta prometedora en terapias genéticas y de ARN. Esta investigación se enfocó en mejorar la formulación existente de SLNs con colesteril oleato (CO-cSLNs), incorporando polietilenglicol (PEG) en su superficie para desarrollar nuevas formulaciones de PEG-cSLNs. La PEGilación se identifica como un factor relevante para mejorar la estabilidad y protección de estas nanopartículas, junto con la optimización del proceso de liofilización para preservar sus propiedades fisicoquímicas. Además, se enfatiza la reducción del tamaño de partícula mediante métodos físicos y químicos para optimizar la formulación.
Se ha evaluado exhaustivamente el impacto del PEG en las características fisicoquímicas y biológicas de las CO-cSLNs para comprender su efecto en los atributos críticos de calidad (CQA), analizando parámetros como el tamaño de partícula (PSD), índice de poldispersidad (PdI), potencial zeta (ZP), morfología, estabilidad, citotoxicidad y eficiencia de carga. Se identificó la combinación óptima de excipientes para la PEGilación y se establecieron las condiciones ideales para la liofilización.
Se desarrollaron y compararon cinco formulaciones diferentes de PEG-cSLNs en estado suspendido sin liofilizar y liofilizado, evaluando los parámetros del ciclo de liofilización y la reducción del tamaño de partícula mediante ajustes en la ultra agitación y la incorporación de cistamina como excipiente adicional. Se identificaron los parámetros críticos de proceso (CPP) que afectan la estabilidad de las nanopartículas liofilizadas, estableciendo así un proceso de liofilización estandarizado y optimizado. Se determinó que la sacarosa, con una concentración del 20%, actuaba eficazmente como crioprotector.
En suspensión acuosa sin liofilizar, las formulaciones de PEG-cSLNs presentaron tamaños de partícula alrededor de 170 nm, mientras que liofilizadas con una receta convencional oscilaron entre 200 y 300 nm, con valores de potencial zeta entre 30 y 35 mV. A pesar de lograr reducir el tamaño de partícula (120–130 nm), las PEG-cSLNs con cistamina experimentaron cambios drásticos en sus propiedades fisicoquímicas durante la liofilización, incluso con la receta optimizada, sugiriendo la necesidad de estandarizar un nuevo proceso.
Sin embargo, se obtuvieron PEG-cSLNs estables y biocompatibles, con una morfología aceptable y con la capacidad de formar complejos con material genético, representando un recurso potencial para ensayos in vivo. Esta investigación contribuye al desarrollo y comprensión de las CO-cSLNs PEGiladas, destacando la importancia de la PEGilación para mejorar su estabilidad y la necesidad de abordar desafíos específicos relacionados con la liofilización para futuras investigaciones biomédicas. Estas nanopartículas presentan un potencial prometedor para diversas aplicaciones biomédicas, especialmente en el ámbito de las terapias genéticas y de ARN.

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[eng] Cationic Solid Lipid Nanoparticles (cSLNs) have emerged as a promising tool in genetic and RNA therapies. This research aimed to enhance the existing formulation of SLNs using cholesteryl oleate (CO-cSLNs) as a lipid matrix, by incorporating polyethylene glycol (PEG) on their surface to develop new PEG-cSLNs formulations. PEGylation is identified as a crucial factor in improving the stability and protection of these nanoparticles, along with optimizing the lyophilization process to preserve their physicochemical properties. Additionally, emphasis was placed on reducing particle size through physical and chemical methods to optimize the formulation.
The impact of PEG on the physicochemical and biological characteristics of CO-cSLNs was exhaustively assessed to understand its effect on critical quality attributes (CQA), analyzing parameters such as particle size distribution (PSD), polydispersity index (PdI), zeta potential (ZP), morphology, stability, cytotoxicity, and loading efficiency. The most effective combination of excipients for PEGylation was determined, and optimal conditions for lyophilization were defined.
Five different formulations of PEG-cSLNs were developed and compared in both suspended non-lyophilized and lyophilized conditions, evaluating lyophilization cycle parameters and particle size reduction through adjustments in ultra-stirring and the inclusion of cystamine as an additional excipient. Critical process parameters (CPP) affecting the stability of lyophilized nanoparticles were identified, establishing a standardized and optimized lyophilization process. Notably, sucrose at a concentration of 20% was determined as an effective cryoprotectant.
In aqueous suspension without lyophilized, PEG-cSLNs formulations exhibited particle sizes around 170 nm. However, in lyophilized formulations using a conventional recipe, particle sizes ranged between 200 and 300 nm, with zeta potential values between 30 to 35 mV. Despite achieving particle size reduction (120–130 nm), PEG-cSLNs with cystamine experienced significant alterations in their physicochemical properties during lyophilization, even with the optimized recipe, suggesting the need for standardizing a new process.
Nevertheless, stable, and biocompatible PEG-cSLNs were successfully obtained, exhibiting acceptable morphology and the capacity to form complexes with genetic material, representing a potential resource for in vivo assays. This research contributes to the development and comprehension of PEGylated CO-cSLNs, highlighting the importance of PEGylation in improving their stability and the need to address specific challenges associated with lyophilization for future biomedical research. These nanoparticles have promising potential for diverse biomedical applications, particularly within the field of gene and RNA therapies.

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Tesis Doctorals - Facultat - Farmàcia i Ciències de l'Alimentació

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Pegilación y liofilización de nanopartículas sólidas lipídicas con colesteril oleato como vectores de ácidos nucleicos