전분 미세구는 생체 적합성, 생분해성, 무독성 및 상대적으로 낮은 생산 비용으로 인해 제약, 식품 및 화장품 산업 전반에 걸쳐 중요한 연구 초점이 되었습니다. Spherex™, Arista™ 및 EmboCept™와 같은 제품은 이미 약물 전달 수단, 지혈제, 색전제로서의 상업적 가능성을 입증했습니다. 수요가 증가함에 따라 확장 가능하고 비용 효율적인 생산 방법에 대한 필요성도 커지고 있습니다. Li 등이 LWT – 식품 과학 및 기술 에 발표한 2018년 연구. 폴리에틸렌 글리콜(PEG) 연속상을 재활용하기 위한 실용적인 전략과 결합된 재결정화된 전분 미세구(RSM)를 생산하기 위한 수중수(W/W) 에멀젼 방법을 제시하여 이러한 문제를 직접적으로 해결합니다.
왜 수중수 에멀젼 방식인가?
미소구체 생산을 위한 기존 유제 방법은 일반적으로 안전, 환경 및 규제 문제를 제기하는 유기 용매 및 화학 유화제를 포함하는 유중수(W/O) 시스템에 의존합니다. W/W 에멀젼 접근법은 오일상을 PEG 수용액으로 대체하여 전분 방울이 PEG 연속상 내에 분산되는 2상 시스템을 만듭니다. 두 단계 모두 수성이므로 이 방법은 본질적으로 더 안전하고 환경 친화적입니다. 그러나 PEG는 상대적으로 비용이 많이 드는 시약이므로 대량 생산 시 각 배치 후에 용액을 폐기할 경우 상당한 양의 PEG 함유 폐기물이 생성됩니다. 따라서 연구진은 PEG 용액이 효과적으로 회수되고 재사용될 수 있는지 여부와 방법을 조사했습니다.
두 가지 재활용 전략: DR-PEG 대 RS-PEG
팀은 두 가지 복구 경로를 테스트했습니다. 첫 번째로, 마이크로스피어 분리 후 수집된 PEG 용액은 아무런 변형 없이 다음 생산 배치에 직접 사용되었으며, 이를 DR-PEG(직접 재사용 PEG)라고 합니다. 두 번째 경로에서는 회수된 PEG 용액에 새로운 고체 PEG를 보충하여 재사용 전 원래 농도를 복원했습니다. 이를 RS-PEG(보충/보충 PEG)라고 합니다.
핵심 분석 도구는 PEG 농도와 겉보기 점도 사이의 지수적 관계였으며, 연구원들은 이를 R² 값 0.99로 설정했습니다. 회수된 용액의 점도를 측정함으로써 복잡한 화학 분석 없이도 PEG가 얼마나 손실되었는지, 보충이 얼마나 필요한지 빠르고 정확하게 계산할 수 있었습니다.
결과: RS-PEG가 직접 재사용 성능을 능가함
DR-PEG 접근법은 문제가 있는 것으로 판명되었습니다. 각 사이클에서 일부 PEG와 함께 전분이 제거되었기 때문에 회수된 용액의 PEG 농도는 꾸준히 감소했습니다. 이로 인해 연속적인 재활용을 통해 RSM의 수율이 0.7%~11.9% 감소했습니다. 더욱 중요한 것은 첫 번째와 두 번째 재활용 배치에서 미소구체의 덩어리짐과 뭉침이 관찰되었다는 점입니다. 이는 제약 또는 식품 등급 응용 분야에서 허용할 수 없는 결과입니다.
RS-PEG 접근 방식은 훨씬 더 나은 결과를 제공했습니다. 이 방법은 표적 보충제를 통해 일관된 PEG 농도(약 331~334g·kg⁻1)를 유지함으로써 5번의 테스트 주기 모두에서 응집을 방지했을 뿐만 아니라 실제로 기본 배치의 78.2%에서 4번째 재활용까지 수율을 83% 이상으로 증가시켰고 그 이후에는 약 83%에서 안정화되었습니다. 이러한 개선은 재활용된 PEG 용액에 전분 분자가 점진적으로 축적되기 때문입니다. 연속상의 잔류 전분이 증가함에 따라 분산된 방울에서 전분 이동을 유도하는 농도 구배가 감소합니다. 이는 더 많은 전분이 방울 내에 유지되어 궁극적으로 미소구체로 변환된다는 것을 의미합니다.
주사 전자 현미경(SEM)을 통해 RS-PEG 용액을 사용하여 생성된 RSM이 5개 재활용 전체에 걸쳐 구형 형태와 잘 분산된 특성을 유지함을 확인했습니다. X선 회절(XRD) 분석에서는 약 5.5°, 17°, 22° 및 24°에서 회절 피크를 갖는 특징적인 B형 결정 구조가 새로운 PEG로 생성된 미소구체의 구조와 동일하게 유지되는 것으로 추가로 확인되었으며, 이는 재활용이 결정 품질에 부정적인 영향을 미치지 않음을 확인시켜 줍니다.
실질적인 의미
이 연구는 주기 사이에 농도를 모니터링하고 복원하는 경우 제품 품질을 저하시키지 않고 RSM의 W/W 유제 생산에서 PEG를 여러 번 재활용할 수 있음을 입증했습니다. 점도 기반 농도 추정 방법은 실제 제조 설정에 적합한 간단하고 저렴한 분석 접근 방식을 제공합니다. 이번 연구 결과는 RSM 생산의 재료비와 환경 영향을 모두 줄이는 데 의미 있는 기여를 했습니다. 그러나 저자는 RS-PEG 방법을 통해 생산된 RSM의 약물 로딩 용량과 제어 방출 성능이 여전히 특성화되어야 한다고 지적합니다. 이는 이러한 미소구체가 특정 제약 응용 분야에 대해 완전히 평가되기 전에 향후 조사를 위한 중요한 영역입니다.