Ултразвуково формулиране на наноструктурирани липидни носители на лекарства

Наноструктурираните липидни носители (NLCs) са усъвършенствана форма на наноразмерни системи за доставяне на лекарства с липидно ядро и водоразтворима обвивка. NLCs имат висока стабилност, предпазват активните биомолекули от разграждане и осигуряват продължително освобождаване на лекарството. Ултразвуковата обработка е надеждна, ефективна и лесна техника за получаване на наноструктурирани липидни носители с включено лекарство.

Ултразвуково получаване на наноструктурирани липидни носители

Наноструктурираните липидни носители (NLCs) съдържат твърд липид, течен липид и повърхностноактивно вещество във водна среда, което им придава добри характеристики по отношение на разтворимостта и бионаличността. NLCs се използват широко за формулиране на стабилни системи от носители на лекарства с висока бионаличност и продължително освобождаване на лекарството. NLCs имат широк спектър от приложения – от перорално до парентерално приложение, включително локално/трансдермално, офталмологично (очно) и белодробно приложение.
Ултразвуковото диспергиране и емулгиране е надеждна и ефективна техника за получаване на наноструктурирани липидни носители с включени активни съединения. Основното предимство на ултразвуковото получаване на NLCs е, че не изисква органичен разтворител, големи количества повърхностноактивно вещество или допълнителни съединения. Ултразвуковото формулиране на NLCs е сравнително прост метод, при който топящият се липид се добавя към разтвора на повърхностноактивното вещество и след това се подлага на ултразвукова обработка.

Примерни протоколи за включване на вещества в наноструктурирани липидни носители чрез ултразвук

NLCs с включен дексаметазон чрез ултразвукова обработка
Чрез ултразвукова обработка беше получена нетоксична NLC система с потенциално офталмологично приложение, характеризираща се с тясно разпределение на размерите, висока ефективност на включване на дексаметазон и подобрено проникване. NLC системите бяха получени чрез ултразвукова обработка с ултразвуков апарат Hielscher UP200S и с Compritol 888 ATO, Miglyol 812N и Cremophor RH60 като компоненти.
Твърдият липид, течният липид и повърхностноактивното вещество бяха разтопени с помощта на магнитна бъркалка с нагряване при 85ºC. След това към разтопената липидна смес беше добавен дексаметазон и беше диспергиран. Чистата вода беше нагрята до 85ºC и двете фази бяха подложени на ултразвукова обработка (при 70% амплитуда за 10 min) с ултразвуковия хомогенизатор Hielscher UP200S . NLC системата беше охладена в ледена баня.
Получените чрез ултразвук NLCs показват тясно разпределение на размерите, висока ефективност на включване на DXM и подобрено проникване.
Изследователите препоръчват използването на ниска концентрация на повърхностноактивното вещество и ниска концентрация на липидите (напр. 2,5% за повърхностноактивното вещество и 10% за общото количество липиди), тъй като тогава критичните параметри на стабилността (Z_ave, ZP, PDI) и капацитетът за включване на лекарството (EE%) са подходящи, а концентрацията на емулгатора може да остане ниска.
(вж. Kiss et al. 2019)

NLCs с включен ретинил палмитат чрез ултразвукова обработка
Ретиноидите са широко използвани съставки в дерматологичните терапии срещу бръчки. Ретинолът и ретинил палмитатът са две съединения от групата на ретиноидите, които имат способността да увеличават дебелината на епидермиса и са ефективни като средства срещу бръчки.
NLC формулата беше получена чрез метода на ултразвуковата обработка. Формулата съдържаше 7,2% цетил палмитат, 4,8% олеинова киселина, 10% Tween 80, 10% глицерин и 2% ретинил палмитат. За получаване на NLCs с включен ретинил палмитат бяха извършени следните стъпки: Сместа от разтопени липиди се смесва с повърхностноактивното вещество, спомагателното повърхностноактивно вещество, глицерина и дейонизираната вода при 60–70°C. Тази смес се разбърква с миксер с високо срязване при 9800rpm за 5 min. След образуването на предварителната емулсия тя незабавно се подлага на ултразвукова обработка с ултразвуков хомогенизатор със сонда за 2 min. След това получените NLCs бяха държани при стайна температура за 24 h. Емулсията беше съхранявана при стайна температура за 24 h и беше измерен размерът на наночастиците. NLC формулата показваше размери на частиците в диапазона 200–300nm. Получените NLCs имат бледожълт вид, размер на глобулите 258±15,85 nm и индекс на полидисперсност 0,31±0,09. Изображението от трансмисионна електронна микроскопия (TEM) по-долу показва получените чрез ултразвук NLCs с включен ретинил палмитат.
(вж. Pamudji et al. 2015)

NLCs с включен Zingiber zerumbet чрез ултразвукова обработка
Наноструктурираните липидни носители се състоят от смес от твърд липид, течен липид и повърхностноактивно вещество. Те са отлични системи за доставяне на лекарства, позволяващи прилагането на биоактивни вещества с ниска водоразтворимост и значително повишаване на тяхната бионаличност.
За формулиране на NLCs с включен Zingiber zerumbet бяха извършени следните стъпки. 1% твърд липид, т.е. глицерил моностеарат, и 4% течен липид, т.е. необработено кокосово масло, бяха смесени и разтопени при 50°C, за да се получи хомогенна, бистра липидна фаза. След това към липидната фаза беше добавено 1% масло от Zingiber zerumbet, като температурата непрекъснато се поддържаше с 10°C над температурата на топене на глицерил моностеарата. За получаване на водната фаза дестилирана вода, Tween 80 и соев лецитин бяха смесени в правилното съотношение. Водната смес беше незабавно добавена към липидната смес, за да се образува предварителна емулсионна смес. След това предварителната емулсия беше хомогенизирана с хомогенизатор с високо срязване при 11 000 rpm за 1 min. След това предварителната емулсия беше подложена на ултразвукова обработка с ултразвуков апарат със сонда при 50% амплитуда за 20 min. Накрая NLC дисперсията беше охладена в баня с ледена вода до стайна температура (25±1°C), за да се охлади бързо суспензията в студената баня и да се предотврати агрегацията на частиците. NLCs бяха съхранявани при 4°C.
NLCs с включен Zingiber zerumbet показват размер в нанометри 80,47±1,33, стабилен индекс на полидисперсност 0,188±2,72 и заряд, изразен чрез зета потенциал, -38,9±2,11. Ефективността на капсулиране показва способността на липидния носител да капсулира масло от Zingiber zerumbet с ефективност над 80%.
(вж. Rosli et al. 2015)

NLCs с включен валсаратан чрез ултразвукова обработка
Валсаратан е блокер на ангиотензин II рецепторите, използван в антихипертензивно лекарство. Валсартан има ниска бионаличност от само приблизително 23% поради ниската си водоразтворимост. Използването на метода на ултразвуково емулгиране на стопилка позволи получаването на NLCs с включен валсаратан, характеризиращи се със значително подобрена бионаличност.
Маслен разтвор на Val беше просто смесен с определено количество разтопен липиден материал при температура с 10°C над точката на топене на липида. Воден разтвор на повърхностноактивни вещества беше получен чрез разтваряне на определени маси Tween 80 и натриев дезоксихолат. След това разтворът на повърхностноактивните вещества беше нагрят до същата температура и смесен с масления липиден разтвор на лекарството чрез ултразвукова обработка със сонда за 3 min., за да се образува емулсия. След това образуваната емулсия беше диспергирана в охладена вода чрез магнитно разбъркване за 10 min. Образуваните NLCs бяха отделени чрез центрофугиране. От супернатанта бяха взети проби и беше анализирана концентрацията на Val чрез валидиран HPLC метод.
Методът на ултразвуково емулгиране на стопилка има редица предимства, включително простота при минимално натоварващи условия и липса на токсични органични разтворители. Максималната постигната ефективност на включване беше 75,04%
(вж. Albekery et al. 2017)

Други активни съединения, като паклитаксел, клотримазол, домперидон, пуерарин и мелоксикам, също бяха успешно включени в твърди липидни наночастици и наноструктурирани липидни носители чрез ултразвукови техники. (вж. Bahari and Hamishehkar 2016)

Ултразвуковата обработка като метод за получаване при формулирането на нанолипидни носители (NLCs) може да се използва като техника за студена или гореща хомогенизация. Ултразвуковата хомогенизация води до тясно разпределение на размерите на частиците, което подобрява стабилността на NLCs и характеристиките им при съхранение.

Ултразвукова студена хомогенизация

Когато техниката на студена хомогенизация се използва за получаване на наноструктурирани липидни носители, фармакологично активните молекули, т.е. лекарството, се разтварят в липидната стопилка и след това бързо се охлаждат с течен азот или сух лед. По време на охлаждането липидите се втвърдяват. След това твърдата липидна маса се смила до размер на наночастици. Липидните наночастици се диспергират в студен разтвор на повърхностноактивно вещество, като се получава студена предварителна суспензия. Накрая тази суспензия се подлага на ултразвукова обработка при стайна температура, често с помощта на ултразвуков реактор с проточна клетка.
Тъй като веществата се нагряват само веднъж в първата стъпка, ултразвуковата студена хомогенизация се използва главно за формулиране на термочувствителни лекарства. Тъй като много биоактивни молекули и фармацевтични съединения са податливи на термично разграждане, ултразвуковата студена хомогенизация е широко използвано приложение. Друго предимство на техниката на студена хомогенизация е избягването на водна фаза, което улеснява капсулирането на хидрофилни молекули, които иначе биха могли да преминат от течната липидна фаза във водната фаза по време на горещата хомогенизация.

Ултразвукова гореща хомогенизация

Когато ултразвуковата обработка се използва като техника за гореща хомогенизация, разтопените липиди и активното съединение (т.е. фармакологично активната съставка) се диспергират в горещо повърхностноактивно вещество при интензивно разбъркване, за да се получи предварителна емулсия. За процеса на гореща хомогенизация е важно и двата разтвора – суспензията от липид/лекарство и повърхностноактивното вещество – да са нагрети до една и съща температура (приблизително 5–10°C над точката на топене на твърдия липид). Във втората стъпка предварителната емулсия се подлага на високопроизводителна ултразвукова обработка при поддържане на температурата.

Високопроизводителни ултразвукови апарати за наноструктурирани липидни носители

Мощните ултразвукови системи на Hielscher Ultrasonics се използват по целия свят във фармацевтичната научноизследователска и развойна дейност и в производството за получаване на висококачествени наноносители на лекарства, като твърди липидни наночастици (SLNs), наноструктурирани липидни носители (NLCs), наноемулсии и нанокапсули. За да отговори на изискванията на своите клиенти, Hielscher доставя ултразвукови апарати – от компактния, но мощен ръчен лабораторен хомогенизатор и настолните ултразвукови апарати до изцяло промишлени ултразвукови системи за производство на големи обеми фармацевтични формули. Предлага се широка гама от ултразвукови сонотроди и реактори, за да се осигури оптимална конфигурация за вашето производство на наноструктурирани липидни носители (NLCs). Здравината на ултразвуковото оборудване на Hielscher позволява работа 24/7 при тежки натоварвания и в среда с високи изисквания.
За да позволим на нашите клиенти да спазват добрите производствени практики (GMP) и да установят стандартизирани процеси, всички цифрови ултразвукови апарати са оборудвани с интелигентен софтуер за прецизно задаване на параметъра на ултразвуковата обработка, непрекъснат контрол на процеса и автоматично записване на всички важни параметри на процеса върху вградена SD карта. Високото качество на продукта зависи от контрола на процеса и постоянно високите стандарти на обработка. Ултразвуковите апарати на Hielscher ви помагат да наблюдавате и стандартизирате своя процес!

Промишлените ултразвукови процесори на Hielscher Ultrasonics могат да осигуряват много високи амплитуди. Амплитуди до 200µm могат лесно да се поддържат непрекъснато при работа 24/7. За още по-високи амплитуди се предлагат ултразвукови сонотроди, изработени по поръчка. Здравината на ултразвуковото оборудване на Hielscher позволява работа 24/7 при тежки натоварвания и в среда с високи изисквания.
Таблицата по-долу дава представа за приблизителния капацитет за обработка на нашите ултразвукови апарати: