Skip to main content

LUP Student Papers

LUND UNIVERSITY LIBRARIES

Exploring alternative surfactants to replace PEG within lipid nanoparticles

Edidovica, Elina LU (2024) KLGM16 20232
Food Technology and Nutrition (M.Sc.)
Biotechnology (MSc)
Biotechnology (M.Sc.Eng.)
Abstract
Over the past decade an increasing amount of studies has demonstrated that PEGylation not only precipitates reductions in drug delivery efficiency but also triggers the immune system to produce antibodies, specifically anti-PEG antibodies. The objective of my thesis is to explore alternative surfactants that could viably replace PEG within lipid nanoparticles. Specifically, Polysorbate 80 (P80), alpha-tomatine, and N-hexadecyl beta-d-maltoside (HDM).

The key findings from this research are that smaller particles have formed with combination of phospholipid DOPC and MQ-water. Upon decreasing total lipid concentration a trend could be observed where the size increased with decreased cholesterol concentration. The most stable... (More)
Over the past decade an increasing amount of studies has demonstrated that PEGylation not only precipitates reductions in drug delivery efficiency but also triggers the immune system to produce antibodies, specifically anti-PEG antibodies. The objective of my thesis is to explore alternative surfactants that could viably replace PEG within lipid nanoparticles. Specifically, Polysorbate 80 (P80), alpha-tomatine, and N-hexadecyl beta-d-maltoside (HDM).

The key findings from this research are that smaller particles have formed with combination of phospholipid DOPC and MQ-water. Upon decreasing total lipid concentration a trend could be observed where the size increased with decreased cholesterol concentration. The most stable formulations, from stability study, are the following: 3 and 10% HDM, 2 and 10% tomatine and 3% P80. When analyzing the samples with Cryo-TEM, it was evident that 30 day old samples exhibited less size variation and appeared smaller. Overall, it could also be seen that tomatine formed more simple vesicles than HDM.

Some further investigations are needed to explore the impact of different buffers on formulation of LNP. It could be done by varying pH and concentrations of these buffers. Incorporation of cationic lipid into the formulation could be the next step in this research. (Less)
Popular Abstract (Swedish)
Lipid nanopartiklar, förkortat LNP, används bland annat vid cancerbehandling och vaccinutveckling. Deras funktion är att transportera och skydda verksamma ämnen såsom antikroppar, proteiner och peptider. Ett välkänt exempel är coronavaccinet, där LNP transporterar mRNA och skyddar det från att brytas ner i kroppen. Lipid nanopartiklar består av olika lipider: positivt laddade, fosfolipider, kolesterol och surfaktant (ytaktivt ämne) som kallas för polyetylenglykol (PEG).

Under det senaste decenniet har allt fler studier visat att PEGylering minskar effektiviteten av läkemedel och även triggar immunsystemet att producera anti-PEG-antikroppar. PEG används inom medicin och även i kosmetika. Även om en person inte har exponerats för... (More)
Lipid nanopartiklar, förkortat LNP, används bland annat vid cancerbehandling och vaccinutveckling. Deras funktion är att transportera och skydda verksamma ämnen såsom antikroppar, proteiner och peptider. Ett välkänt exempel är coronavaccinet, där LNP transporterar mRNA och skyddar det från att brytas ner i kroppen. Lipid nanopartiklar består av olika lipider: positivt laddade, fosfolipider, kolesterol och surfaktant (ytaktivt ämne) som kallas för polyetylenglykol (PEG).

Under det senaste decenniet har allt fler studier visat att PEGylering minskar effektiviteten av läkemedel och även triggar immunsystemet att producera anti-PEG-antikroppar. PEG används inom medicin och även i kosmetika. Även om en person inte har exponerats för PEG-läkemedel, kan andra produkter resultera i förekomst av anti-PEG-antikroppar. Detta kan öka risken och svårighetsgraden för infusionsreaktioner och därmed minska effekten av läkemedlet. Det kan också orsaka allvarliga allergiska reaktioner. Genom att använda andra surfaktanter, som är syntetiserade från förnybara naturresurser, kan miljöavtrycket förbättras! Tomatin (från stjälkar och blad på tomatplantor) och sockermolekylen (HDM), som är både mer hållbara och biologiskt nedbrytbara, kan användas istället för PEG.

I mitt examensarbete tillverkar jag partiklar med hjälp av en filmhydratiseringsmetod. Alla lipider blandas tillsammans, evaporeras i ett glasrör varvid en tunn hinna bildas på botten av röret. En vattenfas tillsätts för att hydratisera membranet och bilda liposomdispersion. Ultraljud används sedan för att minska och homogenisera partikelstorleken. Därefter analyseras partiklarna och en stabilitetsstudie genomförs.

Mest anmärkningsvärt var, att partiklarna visade sig bli mindre i vatten än i fosfatbuffert. Fosfatbuffert används i många läkemedel och bör egentligen inte påverka partikelstorleken. Man kunde också se att när koncentrationen av kolesterol minskar, ökar storleken på partiklarna. Enligt stabilitetsstudierna framställdes flera stabila partiklar. När man tittade på bilder av partiklarna, visade det sig att Tomatin bildade partiklar med en enklare struktur, jämfört med vad HDM gjorde. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
author
Edidovica, Elina LU
supervisor
organization
course
KLGM16 20232
year
type
H2 - Master's Degree (Two Years)
subject
keywords
Lipid nanoparticle, polyethelyne glycol (PEG), alpha-tomatine, N-hexadecyl beta d-maltoside (HDM), DOPC, DPPC, cholesterol, film hydration, stability study, DLS, Cryo-TEM, SAXS, pharmaceutical formulation
language
English
id
9149459
date added to LUP
2024-03-14 15:16:39
date last changed
2024-03-14 15:16:39
@misc{9149459,
  abstract     = {{Over the past decade an increasing amount of studies has demonstrated that PEGylation not only precipitates reductions in drug delivery efficiency but also triggers the immune system to produce antibodies, specifically anti-PEG antibodies. The objective of my thesis is to explore alternative surfactants that could viably replace PEG within lipid nanoparticles. Specifically, Polysorbate 80 (P80), alpha-tomatine, and N-hexadecyl beta-d-maltoside (HDM). 

The key findings from this research are that smaller particles have formed with combination of phospholipid DOPC and MQ-water. Upon decreasing total lipid concentration a trend could be observed where the size increased with decreased cholesterol concentration. The most stable formulations, from stability study, are the following: 3 and 10% HDM, 2 and 10% tomatine and 3% P80. When analyzing the samples with Cryo-TEM, it was evident that 30 day old samples exhibited less size variation and appeared smaller. Overall, it could also be seen that tomatine formed more simple vesicles than HDM. 

Some further investigations are needed to explore the impact of different buffers on formulation of LNP. It could be done by varying pH and concentrations of these buffers. Incorporation of cationic lipid into the formulation could be the next step in this research.}},
  author       = {{Edidovica, Elina}},
  language     = {{eng}},
  note         = {{Student Paper}},
  title        = {{Exploring alternative surfactants to replace PEG within lipid nanoparticles}},
  year         = {{2024}},
}