صياغة النيوسومات بالموجات فوق الصوتية
النيوسومات حويصلات نانوية الحجم يمكن استخدامها بوصفها حوامل للأدوية (مثل أدوية السرطان) وغيرها من المواد النشطة حيويًا. ويُعد الاستحلاب بالموجات فوق الصوتية طريقة بسيطة وسريعة لصياغة نيوسومات صغيرة ذات حمولة دوائية عالية.
حويصلات النيوسومات بوصفها حوامل نانوية للمكونات الفعالة
النيوسوم حويصلة قائمة على مواد خافضة للتوتر السطحي غير أيونية، تتكوّن غالبًا من مادة خافضة للتوتر السطحي غير أيونية مع إدماج الكوليسترول بوصفه مادة مساعدة. وتتميز النيوسومات بمقاومة أكبر للتحلل الكيميائي أو الأكسدة، وبمدة تخزين طويلة مقارنة بالليبوسومات. وبفضل المواد الخافضة للتوتر السطحي المستخدمة في تحضير النيوسومات، فإنها قابلة للتحلل الحيوي ومتوافقة حيويًا ولا تستحث استجابة مناعية. والنيوسومات نشطة أسموزيًا ومستقرة كيميائيًا، وتتيح مدة تخزين أطول مقارنة بالليبوسومات. وتتوفر طرق تحضير مختلفة بحسب الحجم وعدد الصفائح، مثل المعالجة بالموجات فوق الصوتية، والتبخير بالطور العكسي، وإماهة الغشاء الرقيق، أو عملية إدخال الدواء باستخدام تدرّج الأس الهيدروجيني عبر الغشاء. ويُعد تحضير النيوسومات بالموجات فوق الصوتية التقنية المفضلة لإنتاج حويصلات أحادية الصفيحة صغيرة ومتجانسة الحجم.
صياغة النيوسومات بالموجات فوق الصوتية
لصياغة النيوسومات، يجب تحضير مستحلب زيت في ماء (o/w) من محلول عضوي لمادة خافضة للتوتر السطحي والكوليسترول، ومحلول مائي يحتوي على المركّب النشط حيويًا، أي الدواء. ويُعد الاستحلاب بالموجات فوق الصوتية التقنية المتفوقة لخلط السوائل غير القابلة للامتزاج، مثل الزيت والماء. ومن خلال تعريض قطرات كلا الطورين للقص وتفتيتها إلى حجم نانوي، يُحصَل على مستحلب نانوي. وبعد ذلك، يُبخَّر المذيب العضوي، فتنتج نيوسومات محمّلة بعوامل علاجية ومشتّتة في الطور المائي. وبالمقارنة مع التحريك الميكانيكي، تتفوق تقنية صياغة النيوسومات بالموجات فوق الصوتية بتكوين نيوسومات ذات متوسط حجم أصغر ومؤشر أقل لتعدد التشتت ضمن عملية سريعة. ويُفضَّل عمومًا استخدام الحويصلات الأصغر، لأنها تميل إلى تفادي آليات التخلص في الجسم بصورة أفضل من الجسيمات الأكبر، وتبقى في مجرى الدم لفترات أطول. (راجع Bragagni et al. 2014)
اقرأ المزيد عن المعالجة بالموجات فوق الصوتية لتحسين صيغ النيوسومات!
- حويصلات أحادية الصفيحة وصغيرة ومتجانسة
- عملية بسيطة وسريعة
- قابلة للتكرار
- قابلة للتحكم الدقيق
- آمنة
- سهلة التوسيع إلى نطاق أكبر
بروتوكولات تحضير النيوسومات بالموجات فوق الصوتية
خضعت صياغة النيوسومات باستخدام المعالجة بالموجات فوق الصوتية لبحوث واسعة، ولذلك تتوفر بروتوكولات عديدة مُثبتة علميًا لإنتاج النيوسومات بالموجات فوق الصوتية.
فيما يلي لمحة موجزة عن بعض بروتوكولات الصياغة لتحضير النيوسومات وتحميلها باستخدام المعالجة بالموجات فوق الصوتية.
نيوسومات محمّلة بمستخلصات Withania somnifera
صاغ Chinembiri et al. (2017) مستخلص Withania somnifera الخام ضمن نيوسومات مخصصة للاستعمال الموضعي. وغُلّفت المركّبات النشطة حيويًا عن طريق حقن المذيب. ولهذا الغرض، جرى تحريك الطورين العضوي والمائي تحريكًا مغناطيسيًا مستمرًا، مع الحفاظ على درجة الحرارة عند 60°C ± 2°C حتى التخلص من المذيب العضوي. ثم بُرّدت الصيغة الناتجة وعولجت بالموجات فوق الصوتية على الثلج باستخدام جهاز المعالجة بالموجات فوق الصوتية Hielscher UP200ST. وكان متوسط أحجام النيوسومات في حدود نحو 165.9 ± 9.4، وأظهرت كفاءة احتجاز عالية (EE%) لمركّب withanolide A.
نيوسومات محمّلة بالدوكسوروبيسين
حُضّرت نيوسومات N-بالميتويل غلوكوزامين (Glu) المحمّلة بالدوكسوروبيسين، وهو دواء مضاد للسرطان، عن طريق رجّ خليط من NPG (16 mg)، وSpan 60 (65 mg)، والكوليسترول (58 mg)، وSolulan C24 (54 mg) في محلول دوكسوروبيسين (1.5 mg/ml، 2 ml، مُحضّر في PBS) عند 90°C لمدة 1 h، ثم المعالجة بالموجات فوق الصوتية باستخدام مسبار لمدة 10 min (75% من الحد الأقصى).
حُضّرت حويصلات بالميتويل غليكول كيتوسان (GCP) كما وُصف سابقًا (11)، بمعالجة غليكول كيتوسان (10 mg) والكوليسترول (4 mg) في محلول دوكسوروبيسين (1.5 mg/ml) بالموجات فوق الصوتية باستخدام مسبار. (Dufes et al. 2004)
UP400St – جهاز يعمل بالموجات فوق الصوتية بقدرة 400W لصياغة حوامل نانوية مثل النيوسومات
طرق بديلة لتحضير النيوسومات
تتضمن الطرق البديلة لصياغة النيوسومات، مثل تقنية التبخير بالطور العكسي أو عملية إدخال الدواء باستخدام تدرّج الأس الهيدروجيني عبر الغشاء، تطبيق الطاقة فوق الصوتية. وتُستخدم كلتا التقنيتين أساسًا لصياغة حويصلات متعددة الصفائح (MLVs). وفيما يلي وصف موجز لكلتا التقنيتين وخطوة المعالجة بالموجات فوق الصوتية التي تتضمنها كل منهما.
المعالجة بالموجات فوق الصوتية في تحضير النيوسومات بالتبخير بالطور العكسي
في طريقة التبخير بالطور العكسي (REV)، تُذاب مكونات صيغة النيوسومات في خليط من الإيثر والكلوروفورم، وتُضاف إلى الطور المائي الذي يحتوي على الدواء. ويُستخدم الاستحلاب بالموجات فوق الصوتية لتحويل الخليط إلى مستحلب دقيق الحجم. وبعد ذلك، يُبخَّر الطور العضوي. وتكون النيوسومات الناتجة أثناء تبخير المذيب العضوي حويصلات أحادية الصفيحة كبيرة الحجم.
عملية إدخال الدواء باستخدام تدرّج الأس الهيدروجيني عبر الغشاء
في عملية إدخال الدواء باستخدام تدرّج الأس الهيدروجيني عبر الغشاء (وسط داخلي حمضي)، مع التحميل عن بُعد، تُذاب المادة الخافضة للتوتر السطحي والكوليسترول في الكلوروفورم. ثم يُبخَّر المذيب تحت التفريغ للحصول على غشاء رقيق على جدار الدورق ذي القاع المستدير. ويُماهى الغشاء بحمض الستريك بتركيز 300 mM (pH 4.0) عن طريق خلط المعلّق دواميًا. وتُجمَّد الحويصلات متعددة الصفائح وتُذاب ثلاث مرات، ثم تُعالَج بالموجات فوق الصوتية باستخدام جهاز معالجة بالموجات فوق الصوتية من نوع المسبار. ويُضاف إلى معلّق النيوسومات هذا محلول مائي يحتوي على 10 mg/ml من الدواء، ويُخلط دواميًا. ثم يُرفع الأس الهيدروجيني للعينة إلى pH 7.0–7.2 باستخدام فوسفات ثنائي الصوديوم بتركيز 1M. وبعد ذلك، يُسخَّن الخليط إلى 60°C لمدة 10 دقائق. وتنتج هذه التقنية حويصلات متعددة الصفائح. (راجع Kazi et al. 2010)
تصغير حجم النيوسومات بالموجات فوق الصوتية
تقع النيوسومات عادة ضمن نطاق أحجام من 10nm إلى 1000nm. وبحسب تقنية التحضير، تكون النيوسومات غالبًا كبيرة الحجم نسبيًا وتميل إلى تكوين تجمعات. ومع ذلك، تُعد أحجام النيوسومات المحددة عاملًا مهمًا فيما يتعلق بنوع نظام التوصيل المستهدف. فعلى سبيل المثال، يكون الحجم الصغير جدًا للنيوسومات ضمن النطاق النانومتري الأنسب لتوصيل الدواء جهازيًا، حيث يجب إيصال الدواء عبر أغشية الخلايا للوصول إلى الموقع الخلوي المستهدف، بينما يُوصى بالنيوسومات الأكبر لتوصيل الدواء داخل العضلات وداخل التجاويف أو للتطبيقات العينية. ويُعد تصغير حجم النيوسومات بالموجات فوق الصوتية خطوة شائعة أثناء تحضير نيوسومات عالية الفعالية. وتعمل قوى القص الناتجة عن الموجات فوق الصوتية على تفكيك تكتلات النيوسومات وتشتيتها إلى نيوسومات نانوية أحادية التشتت.
بروتوكول – تصغير حجم LipoNiosomes بالموجات فوق الصوتية
صاغ Naderinezhad et al. (2017) حويصلات LipoNiosomes متوافقة حيويًا (مزيجًا من النيوسومات والليبوسومات) تحتوي على Tween 60: الكوليسترول: DPPC (بنسبة 55 : 30 : 15 : 3) مع 3% من DSPE-mPEG. ولتصغير حجم حويصلات LipoNiosomes المُحضّرة، عالجوا المعلّق بعد الإماهة بالموجات فوق الصوتية لمدة 45 min (15 ثانية تشغيل و10 ثوانٍ توقف، بسعة 70% وقدرة 100 واط) لتقليل تجمع الجسيمات، باستخدام المجانس بالموجات فوق الصوتية UP200St (Hielscher Ultrasonics GmbH، ألمانيا). وفي طريقة تدرّج الأس الهيدروجيني، أُميهت الأغشية المجففة من CUR والمواد الخافضة للتوتر السطحي والدهون باستخدام 1300 mL من كبريتات الأمونيوم (pH 1⁄4 4) عند 63 C لمدة 47 min. ثم عولجت الجسيمات النانوية بالموجات فوق الصوتية فوق حمام ثلجي لإنتاج حويصلات صغيرة.
أجهزة المعالجة بالموجات فوق الصوتية لتحضير النيوسومات
تتمتع Hielscher Ultrasonic بخبرة طويلة في تصميم المجانسات عالية الأداء بالموجات فوق الصوتية وتصنيعها وتوزيعها وصيانتها للصناعات الدوائية والغذائية ومستحضرات التجميل.
يُعد تحضير النيوسومات والليبوسومات والجسيمات النانوية الدهنية الصلبة والجسيمات النانوية البوليمرية ومعقّدات السيكلودكسترين وغيرها من حوامل الأدوية ذات البنية النانوية عالية الجودة من العمليات التي تتفوق فيها أجهزة المعالجة بالموجات فوق الصوتية من Hielscher، بفضل موثوقيتها العالية وثبات قدرتها الخارجة وإمكانية التحكم الدقيق فيها. وتتيح أجهزة المعالجة بالموجات فوق الصوتية من Hielscher التحكم الدقيق في جميع معلمات العملية، مثل السعة ودرجة الحرارة والضغط وطاقة المعالجة بالموجات فوق الصوتية. ويسجّل البرنامج الذكي تلقائيًا جميع معلمات المعالجة بالموجات فوق الصوتية (الوقت والتاريخ والسعة والطاقة الصافية والطاقة الإجمالية ودرجة الحرارة والضغط) على بطاقة SD المدمجة.
وتتيح متانة أجهزة المعالجة بالموجات فوق الصوتية من Hielscher تشغيلها على مدار 24/7 في ظروف التشغيل الشاق والبيئات ذات المتطلبات الصعبة.
يعطيك الجدول أدناه فكرة عن سعة المعالجة التقريبية لأجهزتنا للمعالجة بالموجات فوق الصوتية:
| حجم الدفعة | معدل التدفق | الأجهزة الموصى بها |
|---|---|---|
| 1 إلى 500mL | 10 إلى 200mL/min | UP100H |
| 10 إلى 2000mL | 20 إلى 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 إلى 20L | 0.2 إلى 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 إلى 100L | 2 إلى 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 إلى 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | أكبر | مجموعة من أجهزة UIP16000 |
تواصل معنا! / اسألنا!
مجانسات عالية القدرة بالموجات فوق الصوتية على نطاق يبدأ من المختبر ويصل إلى الإنتاج التجريبي و الإنتاج الصناعي .
المصادر/المراجع
- Chinembiri T.N., Gerber M., du Plessis L.H., du Preez J.L., Hamman J.H., du Plessis J. (2017): Topical Delivery of Withania somnifera Crude Extracts in Niosomes and Solid Lipid Nanoparticles. Pharmacognosy Magazine 2017 Oct;13 (Suppl 3):S663-S671.
- Nowroozi F., Almasi A., Javidi J., Haeri A., Dadashzadeh S. (2018): Effect of Surfactant Type, Cholesterol Content and Various Downsizing Methods on the Particle Size of Niosomes. Iranian Journal of Pharmaceutical Research 2018;17 (Suppl.2): 1-11.
- Ashraf Alemi, Javad Zavar Reza, Fateme Haghiralsadat, Hossein Zarei Jaliani, Mojtaba Haghi Karamallah, Seyed Ahmad Hosseini, Somayeh Haghi Karamallah (2018): Paclitaxel and curcumin coadministration in novel cationic PEGylated niosomal formulations exhibit enhanced synergistic antitumor efficacy. J Nanobiotechnol (2018) 16:28.
- Samira Naderinezhad, Ghasem Amoabediny, Fateme Haghiralsadat (2017): Co-delivery of hydrophilic and hydrophobic anticancer drugs using biocompatible pH-sensitive lipid-based nano-carriers for multidrug-resistant cancers. RSC Adv., 2017, 7, 30008–30019.
حقائق جديرة بالمعرفة
النيوسومات مقابل الليبوسومات
الليبوسومات والنيوسومات حويصلات مجهرية يمكن تحميلها بمركّبات نشطة حيويًا لتوصيل الأدوية. وتتشابه النيوسومات مع الليبوسومات، لكنها تختلف عنها في تركيب طبقتها الثنائية. فبينما تحتوي الليبوسومات على طبقة ثنائية من الفوسفوليبيدات، تتكوّن الطبقة الثنائية للنيوسومات من مواد خافضة للتوتر السطحي غير أيونية، مما يؤدي إلى اختلاف كيميائي في الوحدات البنيوية. ويمنح هذا الاختلاف البنيوي النيوسومات استقرارًا كيميائيًا أعلى وقدرة أفضل على اختراق الجلد وشوائب أقل.
تُصنَّف النيوسومات بحسب الحجم إلى ثلاث مجموعات رئيسية: الحويصلات الصغيرة أحادية الصفيحة (SUV) ذات متوسط قطر يبلغ 10–100 nm، والحويصلات الكبيرة أحادية الصفيحة (LUV) ذات متوسط حجم يبلغ 100–3000nm، والحويصلات متعددة الصفائح (MLV) التي تتميز بوجود أكثر من طبقة ثنائية واحدة.
“تتصرف النيوسومات داخل الجسم الحي مثل الليبوسومات، فتُطيل مدة دوران الدواء المحتجز وتغيّر توزيعه بين الأعضاء واستقراره الأيضي. وكما هو الحال مع الليبوسومات، تعتمد خصائص النيوسومات على تركيب الطبقة الثنائية وكذلك على طريقة إنتاجها. وقد أُفيد بأن إدماج الكوليسترول بين مكونات الطبقات الثنائية يقلل حجم الاحتجاز أثناء الصياغة، وبالتالي كفاءة الاحتجاز.” (Kazi et al. 2010)
يمكن تحضير النيوسومات بتقنيات مختلفة، مثل تقنية إماهة الغشاء الرقيق، والمعالجة بالموجات فوق الصوتية، وطريقة التبخير بالطور العكسي، وطريقة التجميد والإذابة، والمعالجة بالموائع الدقيقة، أو طريقة التجفيف وإعادة الإماهة. ومن خلال اختيار طريقة التحضير المناسبة والمادة الخافضة للتوتر السطحي ومحتوى الكوليسترول ومضافات الشحنة السطحية وتركيز المعلّق، يمكن ضبط تركيب النيوسومات وعدد صفائحها واستقرارها وشحنتها السطحية لتلبية متطلبات محددة لحوامل الأدوية.
ولإنتاج نيوسومات عالية التوافق الحيوي ذات سُمّية خلوية منخفضة جدًا، يجب أن تكون المواد الخافضة للتوتر السطحي المستخدمة في تحضيرها قابلة للتحلل الحيوي ومتوافقة حيويًا ولا تستحث استجابة مناعية.