Translati on of DELOS nanovesicle formulati ons into new pharmaceuti cal candidates

Abstract

Els sistemes d’administració de fàrmacs estan en constant evolució, portant a noves formes de brindar protecció i administrar efectivament molècules actives al lloc d’acció desitjat. D’entre tots els sistemes d’administració de fàrmacs, aquesta Tesi se centra en les nanovesícules DELOS, conegudes científicament com a Quatsomes. Els Quatsomes són vesícules unilamel·lars, nanoscòpiques i termodinàmicament estables, compostes per tensioactius iònics i esterols en proporció equimolar. La seva preparació es basa en un procés ecoeficient d’un sol pas, anomenat DELOS-susp (Despressurització d’una Suspensió-Solució Orgànica Líquida Expandida). Aquesta plataforma reproduïble, escalable i basada en fluids comprimits permet la preparació de sistemes nanovesiculars amb excel·lents característiques fisicoquímiques, en termes d’homogeneïtat, morfologia, mida de partícula i estabilitat. Considerant el gran potencial d’aquesta plataforma, l’objectiu de la present Tesi Industrial entre Nanomol Technologies S.L i la unitat de recerca Nanomol de l’Institut de Ciència de Materials de Barcelona (ICMAB-CSIC) és estudiar la translació de les nanovesícules DELOS a nous productes farmacèutics, per tal d’obtenir nanomedicaments en estats de formulació més avançats i assegurant el compliment dels estàndards de qualitat, requeriments reguladors i de producte acabat exigits per la indústria farmacèutica. En primer lloc, aquesta Tesi està dedicada a l’avenç en les diferents etapes del desenvolupament farmacèutic d’un nou nanomedicament basat en un factor de creixement epidèrmic humà recombinant i nanovesícules DELOS (rhEGF-DELOS nanovesicles) per al tractament de ferides complexes, com úlceres de peu diabètic i úlceres venoses de la cama. Els resultats obtinguts amb aquesta nanoformulació van ser especialment prometedors, i recolzen el potencial d’aquesta nanomedicina per entrar en futurs assaigs clínics per al tractament de ferides complexes. En vista dels avantatges de les nanovesícules DELOS com a sistemes d’administració tòpica de fàrmacs, es van dedicar esforços no només a dissenyar noves nanoformulacions amb alta tolerabilitat cutània, sinó també a explorar la conversió d’aquestes dispersions col·loïdals en una forma de dosificació més adequada per a l’aplicació tòpica, com ara en forma d’hidrogel semisòlid. Finalment, per tal d’explorar més a fons el potencial de les nanovesícules DELOS, també es va estudiar el desenvolupament de noves nanopartícules híbrides biològic-orgàniques i inorgàniques-orgàniques com a estratègia per dotar de noves propietats les nanovesícules DELOS, per al seu ús com nanoportadors avançats per a l’administració de fàrmacs. En resum, els resultats obtinguts amb èxit en aquesta Tesi justifiquen l’ús de les nanovesícules DELOS com a productes farmacèutics prometedors per a l’administració de fàrmacs.

Los sistemas de administración de fármacos están en constante evolución, buscando mejoras y nuevas formas de brindar protección y administrar efectivamente moléculas activas en el sitio de acción deseado. De entre todos los sistemas de administración de fármacos, esta Tesis se centra en las nanovesículas DELOS, conocidas científicamente como Quatsomes. Los Quatsomes son vesículas unilamelares, nanoscópicas y termodinámicamente estables, compuestas por tensioactivos iónicos y esteroles en proporción equimolar. Su preparación se basa en un proceso ecoeficiente de un solo paso, denominado DELOS-susp (Despresurización de una Suspensión-Solución Orgánica Líquida Expandida). Esta plataforma reproducible, escalable y basada en fluidos comprimidos permite la preparación de sistemas nanovesiculares con excelentes características fisicoquímicas, en términos de homogeneidad, morfología, tamaño de partícula y estabilidad. Considerando el gran potencial de esta plataforma, el objetivo de la presente Tesis Industrial entre Nanomol Technologies S.L y la unidad de investigación Nanomol del Instituto de Ciencia de Materiales de Barcelona (ICMAB-CSIC) es estudiar la traslación de las nanovesículas DELOS a nuevos productos farmacéuticos, con el fin de obtener nanomedicamentos en estados de formulación más avanzados y asegurando el cumplimiento de los estándares de calidad, requerimientos regulatorios y de producto terminado exigidos por la industria farmacéutica. En primer lugar, la presente Tesis está dedicada al avance en las diferentes etapas del desarrollo farmacéutico de un nuevo nanomedicamento basado en un factor de crecimiento epidérmico humano recombinante y nanovesículas DELOS (rhEGF-DELOS nanovesicles) para el tratamiento de heridas complejas, como úlceras de pie diabético y úlceras venosas de la pierna. Los resultados obtenidos con esta nanoformulación fueron especialmente prometedores, y respaldan el potencial de esta nanomedicina para entrar en futuros ensayos clínicos para el tratamiento de heridas complejas. En vista de las ventajas de las nanovesículas DELOS como sistemas de administración tópica de fármacos, se dedicaron esfuerzos no solo en diseñar nuevas nanoformulaciones con alta tolerabilidad cutánea, sino también en explorar la conversión de estas dispersiones coloidales en una forma de dosificación más adecuada para la aplicación tópica, tales como en forma de hidrogel semisólido. Finalmente, a fin de explorar más a fondo el potencial de las nanovesículas DELOS, también se estudió el desarrollo de nuevas nanopartículas híbridas biológico-orgánicas e inorgánicas-orgánicas como estrategia para dotar de nuevas propiedades a la plataforma de nanovesículas DELOS, para su uso como nanoportadores avanzados para la administración de fármacos. En resumen, los resultados obtenidos en esta Tesis respaldan que las nanovesículas DELOS pueden utilizarse con éxito como productos farmacéuticos prometedores para la administración de fármacos.

Drug delivery systems (DDS) are constantly evolving and improving, leading to new ways to provide protection and effective delivery of active molecules at the desired site of action. Among all the DDS, in this Thesis we are interested in DELOS nanovesicles, scientifically known as Quatsomes, which are thermodynamically stable nanoscopic unilamellar vesicles, composed of ionic surfactants and sterols in an equimolar ratio. To prepare them, a one-step eco-efficient process, named DELOS-susp (Depressurization of an Expanded Liquid Organic Solution-suspension) is used. This platform is a reproducible, scalable, and compressed fluid-based method that produces nanovesicular systems with remarkable physicochemical characteristics, in terms of homogeneity, morphology, particle size, and stability. Knowing all the potentiality that this platform presents, the aim of this Industrial Thesis between Nanomol Technologies S.L and Nanomol research unit of the Institute of Materials Science of Barcelona (ICMAB-CSIC) is to study the translation of DELOS nanovesicles into new pharmaceutical products to obtain nanomedicines in more advanced formulation states by ensuring compliance with the quality, regulatory and finished product standards required by the pharmaceutical industry. First, this Thesis is devoted to advance on the different stages of the pharmaceutical development of a new nanomedicine based on a recombinant human epidermal growth factor and DELOS nanovesicles (rhEGF-DELOS nanovesicles) for the treatment of complex wounds, such as diabetic foot ulcers and venous leg ulcers. The research findings obtained were really promising and considered this nanoformulation as a potential nanomedicine to enter in future clinical trials for the treatment of complex wounds. In view of the advantages of DELOS nanovesicles as topical drug delivery systems, research efforts were focused on not only designing new nanoformulations with the high skin tolerability but also on exploring the feasibility of converting these colloidal dispersions to a more suitable dosage form for topical application, such as semi-solid hydrogel pharmaceutical forms. Finally, to further explore DELOS nanovesicles potentiality, the development of new hybrid biologic-organic and inorganic-organic nanoparticles was also studied as strategy to endow new properties to the DELOS nanovesicle platform as advanced nanocarriers for drug delivery. In summary, the results achieved in this Thesis support that DELOS nanovesicles can be successfully used as promising pharmaceutical products for drug delivery.