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Aplicaciones médicas 
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Microencapsulación: Encapsulator vs. Spray Dryer 
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¿Preguntas? 
Seminario Spray Drying Lima, Perú 
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Presentacion seminario encapsulacion cimatec

  1. 1. Encapsulación por la tecnología de vibración con aplicación en investigación e industrias de alimentos, química, farmacéutica y biotecnología. Cimatec Lima, Perú Agosto 27 de 2014 Seminario Encapsulación Lima, Perú Gustavo Santos Morales 26.08.2014 Página 1
  2. 2. Soluciones BUCHI para encapsulación Seminario Encapsulación Lima, Perú Gustavo Santos Morales 26.08.2014 Página 2
  3. 3. ¿Qué es encapsulación? Encapsulación es la inmobilización de ingredientes activos en una matriz polimérica. Los compuestos activos, que pueden ser inmovilizados son, por ejemplo: enzimas, medicamentos, saborizantes, fragancias, vitaminas, aceites, células o microorganismos. Seminario Encapsulación Lima, Perú Gustavo Santos Morales 26.08.2014 Página 3
  4. 4. ¿Porqué encapsulación? Liberación controlada Ventana terapéutica para medicamentos, liberación desencadenada para soborizantes Estabilidad contra fuerzas de corte en un bioreactor Protección del ambiente o del sistema inmune Dosificación y almacenamiento mejorar el manejo y seguridad para los consumidores Recubrimiento con grupos funcionales Inmovilización enzimas para biotransformación Aplicaciones en farma, alimentos, cosméticos, biotecnología, medicina, ... Desarrollo de nuevos productos Seminario Encapsulación Lima, Perú Gustavo Santos Morales 26.08.2014 Página 4
  5. 5. Puntos a considerar durante la encapsulación Membrana Hecha de diferentes polímeros, múltiple, con diferentes propiedades, resistencia mecánica Ingrediente activo e.g. saborizante, medicamento, células, microbio, enzimas, etc. Matriz hecha de un polímero, líquido o sólido como una red de gel Proceso: Esterilidad, temperatura, tiempo de reacción, escalamiento Polímero: Biocompatibilidad, tamaño de poro, resistencia mecánica , función (protección, liberación, manejo, estabilización) Diseño perla: Perla completa, cápsula con núcleo líquido o sólido, membranas múltiples Seminario Encapsulación Lima, Perú Gustavo Santos Morales 26.08.2014 Página 5
  6. 6. Mecanismo de formación de perlas con alginato Seminario Encapsulación Lima, Perú Gustavo Santos Morales 26.08.2014 Página 6
  7. 7. Perlas y cápsulas con fases múltiples Seminario Encapsulación Lima, Perú Gustavo Santos Morales 26.08.2014 Página 7
  8. 8. Encapsulación de células Envolvimiento completo de células dentro de una membrana en forma de cápsula Proteje a las células de interacciones con ambiente circundante Procesos médicos y biotecnológicos Celulas madre, células animales y humanas Tradicionalmente se ha usado para células bacterianas y en levaduras Ambiente Membrana semi-permeable tipo cápsula Células viables Nutrientes Crítico para la sobrevivencia de las células Desechos Proliferación Bio-producto, por ejemplo insulina Seminario Encapsulación Lima, Perú Gustavo Santos Morales 26.08.2014 Página 8
  9. 9. Historia de la encapsulación de células Cápsula gelificada de porosidad homogénea Células Membrana Alginato de Calcio •Ca2+- con carga positiva •Alginato – carga negativa •El creciemiento ocurre dentro de los poros del gel •Densidad celular limitada •Las células son protegidas del ambiente externo Idealmente se desea un contenido líquido acuoso para que las células crezcan libremente Membrana definida Protección Permabilidad etc. Seminario Encapsulación Lima, Perú Gustavo Santos Morales 26.08.2014 Página 9
  10. 10. Historia de la encapsulación de células Alginato-PLL-Alginato En 1980, tanto Lim como Sun • Contribuyeron de manera brillante • Desarrollaron un sistema de encapsulación de células • Sistema de membrana de Alginato-poli-L-lisina-Alginato +ve poli-L-lisina El líquido en el núcleo permite el crecimiento celular Microcápsulas de núcleo acuoso “Atrapamiento” celular con alginato Contrarrestada con alginato El calcio reacciona con el compuesto de solubilizacion del núcleo ? Seminario Encapsulación Lima, Perú Gustavo Santos Morales 26.08.2014 Página 10
  11. 11. Principio de su funcionamiento Seminario Encapsulación Lima, Perú Gustavo Santos Morales 26.08.2014 Página 11
  12. 12. Principio de funcionamiento del Encapsulator La tecnología de la boquilla vibratoria es basada en el principio de que un chorro de líquido laminar se fracciona en gotitas del mismo tamaño por vibración. La frecuencia de vibración elegida determina la cantidad de gotitas producidas, por ejemplo una frecuencia de vibración de 700 Hz produce 700 gotitas por segundo Etapa 1 Mezcla del ingrediente activo y del polímero Etapa 3 Superimposición de la vibración Etapa 5 Carga electrostática de las gotitas y dispersión de las gotitas Etapa 6 Control de proceso en línea de la formación de las gotitas a través de la lámpara estroboscópica Etapa 4 Formación de las gotitas Etapa 8 Recolección de las cápsulas Etapa 7 Formación de las cápsulas en la solución de polimerización o por gelatinización Etapa 2 Bombear la mezcla con una jeringa o aire comprimido Seminario Encapsulación Lima, Perú Gustavo Santos Morales 26.08.2014 Página 12
  13. 13. Principio funcional – técnica de vibración eficiente • Un chorro líquido laminar se rompe en gotas de igual tamaño por una vibración superimpuesta • La frecuencia de vibración determina la cantidad de gotas, ejemplo 700 Hz generan 700 gotas por segundo Formación de gotas se forman gotas esféricas con un sistema de una boquilla para encapsulación con matrices Formación de cápsulas Cápsula tipo núcleo/cubierta con un sistema de una boquilla concéntrica en un procedimiento de un solo paso Seminario Encapsulación Lima, Perú Gustavo Santos Morales 26.08.2014 Página 13
  14. 14. Unidad de dispersión electrostática – prevención de coalescencia de las cápsulas Cápsulas producidas SIN el uso de la unidad de dispersión electrostática: Cápsulas no-esféricas, pares de cápsulas unidas Cápsulas producidas CON el uso de la unidad de dispersión electrostática : Cápsulas esféricas mono-dispersas Seminario Encapsulación Lima, Perú Gustavo Santos Morales 26.08.2014 Página 14
  15. 15. Formación de cápsulas con la boquilla concéntrica Seminario Encapsulación Lima, Perú Gustavo Santos Morales 26.08.2014 Página 15
  16. 16. Formación de cápsulas con la boquilla concéntrica Seminario Encapsulación Lima, Perú Gustavo Santos Morales 26.08.2014 Página 16
  17. 17. Spray Chilling con el Encapsulador aire lípido/cera fundidos Distancia de caída de 1 a 2 m Etanol frío al 96% Seminario Encapsulación Lima, Perú Gustavo Santos Morales 26.08.2014 Página 17
  18. 18. Tabla de parámetros de proceso Seminario Encapsulación Lima, Perú Gustavo Santos Morales 26.08.2014 Página 18
  19. 19. Parámetros de proceso que tiene influencia en la producción de las perlas Reglas generales: •A mayor tamaño de la boquilla mayor es la productividad. •The diámetro de la perla es aproximadamente el doble del tamaño del diámetro de la boquilla. •A mayor frequencia se generan perlas más pequeñas. •A menor flujo se generan perlas más pequeñas. •A un flujo demasiado bajo corresponde formación de gotas grandes en la boquilla. •A un flujo demasiado alto corresponde la formación descontrolada de perlas. •Tan pequeñas como sean las gotas se requiere de un voltaje electrostático bajo para separar el chorro de gotas. •Una mayor amplitud es necesaria para líquidos de alta viscosidad. Seminario Encapsulación Lima, Perú Gustavo Santos Morales 26.08.2014 Página 19
  20. 20. La productividad depende del tamaño de la boquilla Seminario Encapsulación Lima, Perú Gustavo Santos Morales 26.08.2014 Página 20
  21. 21. Sistemas completos Encapsulador B-390 Encapsulador B-395 Pro Grupo Usuario •Unidades educativas en academia •Modelo inicial en investigación y desarrollo para alimentos y farma Grupo Usuario •Investigación y desarrollo en Farma •Investigación avanzada en academia Seminario Encapsulación Lima, Perú Gustavo Santos Morales 26.08.2014 Página 21
  22. 22. Encapsulador B-390 – características clave Unidad de control •Regulación de la frecuencia de vibración, dispersión electrostática, calentamiento y presión de aire Unidad de producción de cápsulas •Para una boquilla Calentamiento de boquilla •Calentamiento integrado en la unidad de producción de cápsulas •Hasta 70 °C Botella de presión •500 mL •Presión de trabajo hasta 1.5 bar Opcional •Juego de boquillas concéntricas para la producción, en un sólo paso, de cápsulas núcleo/cubierta Juego de 8 boquillas •0.08, 0.12, 0.15, 0.2, 0.3, 0.45, 0.75 y 1.0 mm •Acero inoxidable Seminario Encapsulación Lima, Perú Gustavo Santos Morales 26.08.2014 Página 22
  23. 23. Encapsulador B-395 Pro – características clave Recipiente de reacción •2 L, esterilizable en autoclave •Superficie de tratamiento de acero inoxidable con cumplimiento de GMP Bomba para jeringa •Para jeringas de 1 a 60 ml •Flujo de 0.01 a 50 ml/min •Calibración de flujo Botellas de presión •500 mL y 1 L •Hasta 1.5 bar Juego de 8 boquillas Unidad de producción de cápsulas Unidad de control Agitador magnético Opcional: •Documentación de cumplimiento de GMP para la validación del recipiente de reacción •Juego de boquillas concéntricas para la producción de cápsulas núcleo/cubierta en un sólo paso Seminario Encapsulación Lima, Perú Gustavo Santos Morales 26.08.2014 Página 23
  24. 24. Datos técnicos Seminario Encapsulación Lima, Perú Gustavo Santos Morales 26.08.2014 Página 24
  25. 25. Opciones recomendadas y accesorios (1/3) Juego de boquillas concéntricas •Juego de 7 boquillas externas con apertura de alta precisión de 0.2 •0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.7 y 0.9 mm fabricados en acero inoxidable •Incluyendo botella de alta presión de 1000 mL Recipiente de reacción para aplicaciones estériles •Completamente esterilizable en autoclave •Fabricado en vidrio y acero inoxidable para la producción y recolección de microcápsulas en condiciones estériles •Volumen de 2 L, incluyendo la unidad de producción de cápsulas y juego de 8 boquillas Seminario Encapsulación Lima, Perú Gustavo Santos Morales 26.08.2014 Página 25
  26. 26. Opciones recomendadas y accesorios (2/3) Juego de 8 boquillas •Juego de boquillas con apertura de alta precisión de 0.08, 0.12, 0.15, 0.20, 0.30, 0.45, 0.75 y 1.00 mm, fabricadas en acero inoxidable •Incluye el soporte de las boquillas Botellas de alta presión •Botellas de vidrio con conexiones, tubos y filtro para aire, trabaja a presión de hasta 1.5 bar, esterilizable en autoclave •500 mL y 1000 mL Seminario Encapsulación Lima, Perú Gustavo Santos Morales 26.08.2014 Página 26
  27. 27. Opciones recomendadas y accesorios (3/3) O-ring sets •Juego de O-ring para boquilla simple •Juego de O-ring para boquilla concéntrica •Juego de O-ring para recipiente de reacción Filtros •Prefiltros para boquillas, 7 mm de diámetro (10 piezas) •Filtros de drenaje para recipiente de reacción, 35 mm de diámetro (10 piezas) Seminario Encapsulación Lima, Perú Gustavo Santos Morales 26.08.2014 Página 27
  28. 28. Bomba para jeringa external para Encapsulador • La actualización de un B-390 a un B-395 Pro no es posible: sus conceptos de construcción son diferentes. • Se puede utilizar una bomba de jeringa externa. Se recomienda la bomba Legato 100 de KDS Scientific. (www.kdscientific.com) Seminario Encapsulación Lima, Perú Gustavo Santos Morales 26.08.2014 Página 28
  29. 29. Beneficios simple vista Uso amigable •Instalación rápida •La operación de aprende rápido •Pantalla tipo “touch” •Flexible •Amplia variedad de aplicaciones •Formación de cápsulas y perlas en el mismo instrumento •Formación reproducible de perlas •Tamaño de perlas desde 0.15 hasta 2 mm •Distribución de tamaño uniforme(es posible 5% desviación standard) Control del proceso en tiempo real •Estroboscopio para visualización en línea y optmización de la formación de las gotas Condiciones moderadas de encapsulación •A temperatura ambiente y condiciones fisiológicas •Completamente viable para encapsular material vivo •Adecuado para encapsulación de células animales Manejo en condiciones estériles •Partes se puede esterilizar en autoclave •Recipiente de reacción para contención estéril Seminario Encapsulación Lima, Perú Gustavo Santos Morales 26.08.2014 Página 29
  30. 30. Una variedad amplia de aplicaciones Encapsulado de ingredientes activos: •Medicamentos •Vacunas •Enzimas •Microbios •Células •Saborizantes •Aceites •Pesticidas •Pigmentos Polímeros para matrices de cápsulas y formación de membranas: •Alginato •Gelatina •Carragenina •Sulfato de celulosa •Chitosano •Ceras Seminario Encapsulación Lima, Perú Gustavo Santos Morales 26.08.2014 Página 30
  31. 31. Aplicaciones farmacéuticas (1/3) Liberación de activos •Polímero liofilizado con ingrediente activo •Protección de ingredientes activos (ejemplo; reducir interacción con con otros activos durante el almacenamiento) Liberación de activos •Ingrediente activo encapsulado en un polímero biodegradable •Recubrimiento de partículas con nuevas funciones (ejemplo, liberación modulada) Seminario Encapsulación Lima, Perú Gustavo Santos Morales 26.08.2014 Página 31
  32. 32. Aplicaciones farmacéuticas (2/3) Liberación de activos •Cápsulas de grasas duras con ingrediente activo inmovilizado Enmascaramiento de sabor en almacenamiento de vitaminas •Aceite con ingrediente activo en cápsulas de gelatina Seminario Encapsulación Lima, Perú Gustavo Santos Morales 26.08.2014 Página 32
  33. 33. Aplicaciones farmacéuticas (3/3) Biotransformación •Enzimas y microorganismos encapsulados Transplante de células •Encapsulación estéril de células •Protección de células de mamíferos contra su sistema inmune (ejemplo; tratamiento de deficiencia genética o enfermedad hepática) Seminario Encapsulación Lima, Perú Gustavo Santos Morales 26.08.2014 Página 33
  34. 34. Aplicaciones en alimentos •Enriquecimiento de alimentos Pequeñas cápsulas de alginato conteniendo aceite de girasol y caroteno •Estabilización y pretección de nutracéuticos (ejemplo; vitaminas, aceites) •Ingredientes probióticos en alimentos Encapsulación de bacterias ácido lácticas •Fortalecimiento óptico de alimentos •Cocina molecular Seminario Encapsulación Lima, Perú Gustavo Santos Morales 26.08.2014 Página 34
  35. 35. Aplicaciones en cosméticos Cosméticos •Cápsulas grandes de alginato conteniendo escualeno •Encapsulado de cremas Seminario Encapsulación Lima, Perú Gustavo Santos Morales 26.08.2014 Página 35
  36. 36. Produciendo células contenidas en microcápsulas Ventajas del encapsulador B-395 Pro Características requeridas en la aplicación a procesos médicos/biotecnológicos •Forma pequeña y esférica •Estructuras individuales •Homogéneas con una distribución de tamaño en un rango estrecho Características de la técnica de producción •Tiempo de producción corto bajo condiciones moderadas •Controlable •Relativemente simple y bajo costo •Alta eficiencia •Produce un rango de diferentes tamaños •Repetible •Escalable B-395 Pro cumple cualquier criterio • Escalamiento – de Büchi a encapsuladores de boquillas multiples Seminario Encapsulación Lima, Perú Gustavo Santos Morales 26.08.2014 Página 36
  37. 37. Aplicación para biotecnología • Encapsulación de células animales • Producción de proteínas recombinantes • Encapsulación de células madre • Medicina regenerativa • Nuevas y excitantes aplicaciones La encapsulación permite la generación de cultivos con alta densidad de células para incrementar la producción de proteínas recombinantes Células animales encapsuladas Bioreactor con microcápsulas conteniendo células La encapsulación de células madre a abierto nuevas avenidas para científicos que desarrollan métodos de tratamiento novedosos para enfermedades no tratables Células madre dentro de cápsulas Tecnología Célula-en-una- caja (SGAustria) Seminario Encapsulación Lima, Perú Gustavo Santos Morales 26.08.2014 Página 37
  38. 38. Aplicaciones biotecnológicas Incrementar la producción de proteínas recombinantes (medicamentos) •Nuevo concepto – intensificación de bioprocesos •Incremento significativo de las cantidades producidas y reducción de costos Las técnicas actuales son limitadas •Baja productividad de los medicamentos – debido a un ambiente hostil •Incremento significativo de costos en todo el proceso •El proceso de producción de medicamentos no es económicamente viable •Técnicas demasiado complejas para superar los problemas Bioreactor (bioproceso) Células encapsuladas Bioreactor para microcápsulas Seminario Encapsulación Lima, Perú Gustavo Santos Morales 26.08.2014 Página 38
  39. 39. Resultados de cultivos encapsulados – cultivos libremente suspendidos CHO DP12 •Proteína recombinante IgG •Integra una parte significativa del sistema inmune •Tratamiento de numerosas enfermedades CHO DP12 encapsulada •Comparable a cultivos no encapsulados Bioreactor inoculado •Capacidad de 1.2 L •Volumen de trabajo 25% v/v Crecimiento y viabilidad de células Producción de proteínas recombinantes Seminario Encapsulación Lima, Perú Gustavo Santos Morales 26.08.2014 Página 39
  40. 40. Encapsulación de células animales Sector Biotecnológico •Incrementar la productividad y reducir los pasos de purificación por recuperación In-situ del producto •El ambiente del bioproceso puede ser hostil In-situ product recovery (ISPR) •Remoción inmediata del producto •Se incrementa la productividad •Simplifica las etapas del proceso (purificación) Usa microcápsulas como dispositivo para la recuperación in-situ del producto Bioreactor Técnica ISPR Agitación, calor pH etc Producto obtenido Cristales de Geldanamycin (pureza 97%) Seminario Encapsulación Lima, Perú Gustavo Santos Morales 26.08.2014 Página 40
  41. 41. Aplicaciones médicas Generación de células de manera artificial para transplante en humanos •Reemplazar células dañadas o de bajo desempeño •Uso de células para ayudar a órganos ya presentes •Ejemplos comunes – Diabetes y enfermedades hepáticas •Largo plazo •Loas técnicas actuales son limitadas • Rechazo al implante debido a respuesta inmunológica • Medicamentos inmuno supresores • El incremento en la población y la incidencia de las enfermedades han aumentado significativamente el problema Las células encapsuladas son protegidas de los anticuerpos, mecanismo natural de defensa Seminario Encapsulación Lima, Perú Gustavo Santos Morales 26.08.2014 Página 41
  42. 42. Aplicaciones médicas Mayores avances •Doctores en Londres han curado un bebé varón de una enfermedad mortal la cual destruía su hígado usando terapia celular • Las células del hígado fueron encapsuladas usando un encapsulador Inotech IE-50R, el cual es el modelo precursor del BUCHI B-395 Pro • Link al BBC News Report: http://www.bbc.co.uk/news/health-15745948 . Las células encapsuladas son protegidas de los anticuerpos, mecanismo natural de defensa Seminario Encapsulación Lima, Perú Gustavo Santos Morales 26.08.2014 Página 42
  43. 43. Aplicaciones médicas Medicina regenerativa •Enfoque muy nuevo Basado en el método de terapia celular •No es para producir un órgano completo •Reemplazar células dañadas o de bajo desempeño •La cápsula proteje a las células de una inmuno-respuesta •Permanece en el cuerpo durante su vida útil Principales ventajas de las células madre •Producidas en la mayoría de las células de los tejidos • Tratamiento de un rango de enfermedades • Dementia – enfermedades inflamatorias •Células madre embrionarias • Transplantes a una parte requerida – transformarse un las células requeridas Optimización del proceso de encapsulación Seminario Encapsulación Lima, Perú Gustavo Santos Morales 26.08.2014 Página 43
  44. 44. Aplicaciones médicas Incrementar la producción de células madre con bioreactores Las células pueden usarse como medicamentos modelo •Reemplazar pruebas con animales •Células madre (humanas) son buenas o exactamente representativas para probar un organismo •Resultados mejores y más rápidos, dirigidos a una aprobación más rápida •Reducción significativa de costos y aceleración completa del proceso de desarrollo del medicamento Bioreactor (bioproceso) Seminario Encapsulación Lima, Perú Gustavo Santos Morales 26.08.2014 Página 44
  45. 45. CTI-Project • Proyecto de investigación con la University Hospital of Geneva (HUG) y la Technical High School of Lausanne (EPFL). Con apoyo del Gobierno Suizo. • Buscan resultados en el tratamiento de la Diabetes • BÜCHI: Modificación del sistema de boquilla (nozzle) concéntrica para la encapsulación de células pancreáticas • EPFL: Elaboración de polímeros mejorados para encapsulación. • HUG: Pruebas con las células encapsuladas (Islets de Langerhans) in vitro / in vivo. BÜCHI es el propietario de los derechos para comercializar los resultados científicos. Seminario Encapsulación Lima, Perú Gustavo Santos Morales 26.08.2014 Página 45
  46. 46. Microencapsulación: Encapsulator vs. Spray Dryer Microencapsulación con el Encapsulator • Adecuado para un gran número de aplicaciones • Proceso muy suave para usarse en la encapsulación de células animales • Tamaño de partícula seleccionable previamente en el rango de 150μm – 2.0mm • Producción de partículas húmedas en la forma de perlas y cápsulas • Distribución en un rango estrecho del tamaño de partícula • Endurecimiento de las partículas en polimerización o “baño frío” • Encapsulación de líquidos y sólidos • Control de liberación de principios activos mediante selectividad de la matriz • Adecuado para encapsulación estéril Microencapsulación con el Spray Dryer • Adecuado para un gran número de aplicaciones • Tamaño de partícula de 0.3-25μm • Control de tamaño de partícula y morfología • Encapsulación de líquidos y sólidos en una matriz (perlas) • El producto final es un polvo seco • Control de liberación de activos en una matriz con características selectivas • Encapsulación de materiales sensibles a la temperatura o volátiles Seminario Spray Drying Lima, Perú Gustavo Santos Morales 26.08.2014 Página 46
  47. 47. ¿Preguntas? Seminario Spray Drying Lima, Perú Gustavo Santos Morales 26.08.2014 Página 47
  48. 48. ¡Gracias por su atención! Seminario Spray Drying Lima, Perú Gustavo Santos Morales 26.08.2014 Página 48

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