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Molecular Insights on Successful Reconstitution of Freeze-Dried Nanofibrillated Cellulose Hydrogel
ACS Applied Bio Materials ( IF 4.6 ) Pub Date : 2021-09-01 , DOI: 10.1021/acsabm.1c00739 Elle Koivunotko 1 , Arto Merivaara 1 , Akseli Niemelä 1 , Sami Valkonen 1 , Kalle Manninen 1 , Henrik Mäkinen 2 , Mira Viljanen 2 , Kirsi Svedström 2 , Ana Diaz 3 , Mirko Holler 3 , Jacopo Zini 1 , Lauri Paasonen 4 , Ossi Korhonen 5 , Simo Huotari 2 , Artturi Koivuniemi 1 , Marjo Yliperttula 1
ACS Applied Bio Materials ( IF 4.6 ) Pub Date : 2021-09-01 , DOI: 10.1021/acsabm.1c00739 Elle Koivunotko 1 , Arto Merivaara 1 , Akseli Niemelä 1 , Sami Valkonen 1 , Kalle Manninen 1 , Henrik Mäkinen 2 , Mira Viljanen 2 , Kirsi Svedström 2 , Ana Diaz 3 , Mirko Holler 3 , Jacopo Zini 1 , Lauri Paasonen 4 , Ossi Korhonen 5 , Simo Huotari 2 , Artturi Koivuniemi 1 , Marjo Yliperttula 1
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The diversity and safety of nanofibrillated cellulose (NFC) hydrogels have gained a vast amount of interest at the pharmaceutical site in recent years. Moreover, this biomaterial has a high potential to be utilized as a protective matrix during the freeze-drying of heat-sensitive pharmaceuticals and biologics to increase their properties for long-term storing at room temperature and transportation. Since freeze-drying and subsequent reconstitution have not been optimized for this biomaterial, we must find a wider understanding of the process itself as well as the molecular level interactions between the NFC hydrogel and the most suitable lyoprotectants. Herein we optimized the reconstitution of the freeze-dried NFC hydrogel by considering critical quality attributes required to ensure the success of the process and gained insights of the obtained experimental data by simulating the effects of the used lyoprotectants on water and NFC. We discovered the correlation between the measured characteristics and molecular dynamics simulations and obtained successful freeze-drying and subsequent reconstitution of NFC hydrogel with the presence of 300 mM of sucrose. These findings demonstrated the possibility of using the simulations together with the experimental measurements to obtain a more comprehensive way to design a successful freeze-drying process, which could be utilized in future pharmaceutical applications.
中文翻译：
冻干纳米原纤化纤维素水凝胶成功重构的分子见解
近年来，纳米原纤化纤维素 (NFC) 水凝胶的多样性和安全性在制药现场引起了广泛关注。此外，这种生物材料具有很高的潜力，可在热敏药物和生物制剂的冷冻干燥过程中用作保护基质，以提高其在室温下长期储存和运输的性能。由于冷冻干燥和随后的重组尚未针对这种生物材料进行优化，我们必须更广泛地了解该过程本身以及 NFC 水凝胶与最合适的冻干保护剂之间的分子水平相互作用。在这里，我们通过考虑确保过程成功所需的关键质量属性来优化冻干 NFC 水凝胶的重构，并通过模拟使用的冻干保护剂对水和 NFC 的影响获得对获得的实验数据的见解。我们发现了测量特性与分子动力学模拟之间的相关性，并在存在 300 mM 蔗糖的情况下成功冷冻干燥和随后重构 NFC 水凝胶。这些发现证明了将模拟与实验测量结合使用以获得更全面的方法来设计成功的冷冻干燥过程的可能性，该方法可用于未来的制药应用。我们发现了测量特性与分子动力学模拟之间的相关性，并在存在 300 mM 蔗糖的情况下成功冷冻干燥和随后重构 NFC 水凝胶。这些发现证明了将模拟与实验测量结合使用以获得更全面的方法来设计成功的冷冻干燥过程的可能性，该方法可用于未来的制药应用。我们发现了测量特性和分子动力学模拟之间的相关性，并在存在 300 mM 蔗糖的情况下成功冷冻干燥和随后重构 NFC 水凝胶。这些发现证明了将模拟与实验测量结合使用以获得更全面的方法来设计成功的冷冻干燥过程的可能性，该方法可用于未来的制药应用。
更新日期：2021-09-20
中文翻译：
冻干纳米原纤化纤维素水凝胶成功重构的分子见解
近年来，纳米原纤化纤维素 (NFC) 水凝胶的多样性和安全性在制药现场引起了广泛关注。此外，这种生物材料具有很高的潜力，可在热敏药物和生物制剂的冷冻干燥过程中用作保护基质，以提高其在室温下长期储存和运输的性能。由于冷冻干燥和随后的重组尚未针对这种生物材料进行优化，我们必须更广泛地了解该过程本身以及 NFC 水凝胶与最合适的冻干保护剂之间的分子水平相互作用。在这里，我们通过考虑确保过程成功所需的关键质量属性来优化冻干 NFC 水凝胶的重构，并通过模拟使用的冻干保护剂对水和 NFC 的影响获得对获得的实验数据的见解。我们发现了测量特性与分子动力学模拟之间的相关性，并在存在 300 mM 蔗糖的情况下成功冷冻干燥和随后重构 NFC 水凝胶。这些发现证明了将模拟与实验测量结合使用以获得更全面的方法来设计成功的冷冻干燥过程的可能性，该方法可用于未来的制药应用。我们发现了测量特性与分子动力学模拟之间的相关性，并在存在 300 mM 蔗糖的情况下成功冷冻干燥和随后重构 NFC 水凝胶。这些发现证明了将模拟与实验测量结合使用以获得更全面的方法来设计成功的冷冻干燥过程的可能性，该方法可用于未来的制药应用。我们发现了测量特性和分子动力学模拟之间的相关性，并在存在 300 mM 蔗糖的情况下成功冷冻干燥和随后重构 NFC 水凝胶。这些发现证明了将模拟与实验测量结合使用以获得更全面的方法来设计成功的冷冻干燥过程的可能性，该方法可用于未来的制药应用。
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