Ултразвукова обработка на наночастици за фармацевтични продукти

Сондовите ултразвукови уреди играят решаваща роля във фармацевтичните изследвания и производство, като осигуряват мощно и контролирано средство за постигане на намаляване на размера на частиците, разрушаване на клетките и хомогенизация. Соникаторите използват ултразвукови вълни, за да генерират кавитация, което води до образуване и колапс на микроскопични мехурчета. Това явление генерира интензивни сили на срязване и ударни вълни, ефективно разграждайки частиците или разрушавайки клетките.

Ето някои ключови аспекти на използването на сондови ултразвукови апарати във фармацевтичните приложения:

• Намаляване на размера на частиците: Сондните сондиктори се използват за намаляване на размера на частиците на активните фармацевтични съставки (API) или други съединения. Малкият и еднакъв размер на частиците е жизненоважен за подобряване на бионаличността, скоростта на разтваряне и цялостната ефикасност на фармацевтичните формулировки.
• Клетъчно разрушаване: В биофармацевтичните изследвания сондовите сондири се използват за разрушаване на клетките за освобождаване на вътреклетъчни компоненти. Това е особено важно за извличането на протеини, ензими и други биомолекули от микробни клетки или култивирани клетки на бозайници.
• Хомогенизиране: Хомогенизацията на фармацевтичните формулировки е от съществено значение за осигуряване на равномерно разпределение на съставките. Сондните ултразвукури помагат за постигане на хомогенност чрез разграждане на агломератите и равномерно разпръскване на компонентите.
• Образуване на наноемулсия и липозоми: Сонирането се използва за създаване на стабилни наноемулсии и липозоми във фармацевтични формулировки. Тези наноразмерни системи за доставяне се използват за доставяне на лекарства за подобряване на разтворимостта и бионаличността.
• Контрол на качеството и оптимизация на процесите: Уникирането е ценен инструмент за контрол на качеството във фармацевтичното производство. Той помага за оптимизиране на процесите, като осигурява последователно разпределение на размера на частиците и хомогенност, допринасяйки за възпроизводимостта на партида по партида.
• Формулиране и разработване на лекарства: По време на формулирането и разработването на лекарства сондите се използват за приготвяне на стабилни суспензии, емулсии или дисперсии. Това е от решаващо значение за проектирането на фармацевтични продукти с желаните физични и химични свойства.

Наноматериали във фармацевтиката

Ултразвуковите технологии играят ключова роля в приготвянето, обработката и функционализацията на наноматериалите във фармацевтичните изследвания и производство. Интензивните ефекти на ултразвука с висока мощност, включително акустична кавитация, допринасят за разбиване на агломерати, диспергиране на частици и емулгиране на нанокапчици. Високопроизводителните ултразвукови уреди на Hielscher осигуряват надеждно и ефективно решение за фармацевтичните стандарти, като гарантират безопасно производство и улесняват мащабирането без допълнителни усилия за оптимизация.

Обработка на наноматериали

Наноматериалите, особено наночастиците, революционизираха доставката на лекарства във фармацевтичните продукти, предлагайки доказан метод за прилагане на активни вещества през устата или чрез инжектиране. Тази технология подобрява ефективността на дозирането и доставката на лекарства, отваряйки нови пътища за медицинско лечение. Способността да се доставят лекарства, топлина или други активни вещества директно до специфични клетки, особено болни клетки, бележи значителен напредък.

В терапията на рака наноформулираните лекарства демонстрират обещаващи резултати, като използват предимството на наноразмерните частици за доставяне на високи дози лекарства директно до туморните клетки, максимизирайки терапевтичните ефекти, като същевременно минимизират страничните ефекти върху други органи. Размерът на наноразмера позволява на тези частици да преминават през клетъчните стени и мембрани, освобождавайки активни агенти точно в целевите клетки.

Обработката на наноматериали, дефинирани като частици с размери по-малки от 100 nm, представлява предизвикателство, което изисква повече усилия. Ултразвуковата кавитация се очертава като утвърдена технология за деагломериране и диспергиране на наноматериали. Въглеродните нанотръби (CNT), особено многостенните въглеродни нанотръби (MWCNT) и едностенните въглеродни нанотръби (SWCNT), демонстрират уникални свойства, предлагайки голям вътрешен обем за капсулиране на лекарствени молекули и различни повърхности за функционализация.
 

Сонохимично производство на SWCNTs. Силициев диоксид на прах в разтвор на фероцен-ксилонова смес се опуска на ултразвук в продължение на 20 минути при стайна температура и под налягане на околната среда. Соникацията произвежда SWCNTS с висока чистота на повърхността на силициевия прах. (Jeong et al. 2004)

Функционализираните въглеродни нанотръби (f-CNTs) играят решаваща роля за подобряване на разтворимостта, позволявайки ефективно насочване на тумора и избягвайки цитотоксичността. Ултразвуковите техники улесняват тяхното производство и функционализация, като например сонохимичния метод за SWCNT с висока чистота. Освен това f-CNT могат да служат като системи за доставяне на ваксини, свързвайки антигени с въглеродни нанотръби, за да предизвикат специфични отговори на антитела.
Керамичните наночастици, получени от силициев диоксид, титан или алуминиев оксид, имат порести повърхности, което ги прави идеални носители на лекарства. Ултразвуковият синтез и утаяването на наночастици, използвайки сонохимия, осигуряват подход отдолу нагоре за получаване на наноразмерни съединения. Процесът подобрява преноса на маса, което води до по-малки размери на частиците и по-висока еднородност

Ултразвуков синтез и утаяване на наночастици

Ултразвукът играе жизненоважна роля във функционализирането на наночастиците. Техниката ефективно разгражда граничните слоеве около частиците, позволявайки на нови функционални групи да достигнат до повърхността на частиците. Например, ултразвуковата функционализация на едностенни въглеродни нанотръби (SWCNT) с PL-PEG фрагменти пречи на неспецифичното поглъщане на клетките, като същевременно насърчава специфично клетъчно поглъщане за целеви приложения.

За да се получат наночастици със специфични характеристики и функции, повърхността на частиците трябва да бъде модифицирана. Различни наносистеми като полимерни наночастици, липозоми, дендримери, въглеродни нанотръби, квантови точки и т.н. могат да бъдат успешно функционализирани за ефективно използване във фармацевтиката.

Практически пример за ултразвукова фуктионализация на частици:

Ултразвукова функционализация на SWCNTs от PL-PEG: Zeineldin et al. (2009) демонстрира, че дисперсията на едностенни въглеродни нанотръби (SWNT) чрез ултразвук с фосфолипид-полиетилен гликол (PL-PEG) го фрагментира, като по този начин се намесва в способността му да блокира неспецифичното поглъщане от клетките. Въпреки това, нефрагментираният PL-PEG насърчава специфично клетъчно поглъщане на таргетни SWNT към два различни класа рецептори, експресирани от раковите клетки. Ултразвуковата обработка в присъствието на PL-PEG е често срещан метод, използван за диспергиране или функционализиране на въглеродни нанотръби и целостта на PEG е важна за насърчаване на специфично клетъчно поглъщане на лиганд-функционализирани нанотръби. Тъй като фрагментацията е вероятна последица от ултразвука, техника, която обикновено се използва за разпръскване на SWNT, това може да е проблем за определени приложения като доставката на лекарства.
 

Ултразвукова дисперсия на SWCNTs с PL-PEG (Zeineldin et al., 2009)

Образуване на ултразвукова липозома

Друго успешно приложение на ултразвука е приготвянето на липозоми и нано-липозоми. Базираните на липозоми системи за доставяне на лекарства и гени играят важна роля в различни терапии, но също така и в козметиката и храненето. Липозомите са добри носители, тъй като водоразтворимите активни вещества могат да бъдат поставени във водния център на липозомите или, ако агентът е мастноразтворим, в липидния слой. Липозоми могат да се образуват чрез използването на ултразвук. Основният материал за приготвяне на липозоми са амфилни молекули, получени или базирани на биологични мембранни липиди. За образуването на малки униламеларни везикули (SUV), липидната дисперсия се озвукова нежно – например с ръчния ултразвуков апарат UP50H (50W, 30kHz), VialTweeter или ултразвуков клаксон за чаша. Продължителността на такова ултразвуково лечение продължава около 5 – 15 минути. Друг метод за получаване на малки униламеларни везикули е ултразвукът на липозоми на многоламеларните везикули.
Dinu-Pirvu et al. (2010) съобщава за получаване на трансферозоми чрез ултразвук MLV при стайна температура.
Hielscher Ultrasonics предлага различни ултразвукови устройства, сонотроди и аксесоари, за да отговори на изискванията на всички видове процеси.
Прочетете повече за ултразвуково извлечения и капсулиран екстракт от алое вера!

Ултразвуково капсулиране на агенти в липозоми

Липозомите действат като носители на активни агенти. Ултразвукът е ефективен инструмент за подготовка и образуване на липозоми за улавяне на активни агенти. Преди капсулирането липозомите са склонни да образуват клъстери поради взаимодействието повърхностен заряд-заряд на фосфолипидните полярни глави (Míckova et al. 2008), освен това те трябва да бъдат отворени. Като пример, Zhu et al. (2003) описват капсулирането на биотин на прах в липозоми чрез ултразвук. Тъй като биотинът на прах се добавя в разтвора на суспензията на везикулите, разтворът се очуква за около 1 час. След това третиране биотинът е уловен в липозомите.

Липозомени емулсии

За да се засили подхранващият ефект на овлажняващи или против стареене кремове, лосиони, гелове и други козмецевтични формулировки, към липозомалните дисперсии се добавят емулгатори за стабилизиране на по-големи количества липиди. Но изследванията показват, че способността на липозомите като цяло е ограничена. С добавянето на емулгатори този ефект ще се появи по-рано и допълнителните емулгатори причиняват отслабване на бариерния афинитет на фосфатидилхолина. Наночастици – съставен от фосфатидилхолин и липиди – са отговорът на този проблем. Тези наночастици се образуват от маслена капчица, която е покрита от монослой фосфатидилхолин. Използването на наночастици позволява формулировки, които са способни да абсорбират повече липиди и да останат стабилни, така че да не са необходими допълнителни емулгатори.
Ултразвукът е доказан метод за производство на наноемулсии и нанодисперсии. Високоинтензивният ултразвук доставя мощността, необходима за разпръскване на течна фаза (диспергирана фаза) на малки капчици във втора фаза (непрекъсната фаза). В зоната на диспергиране имплодиращите кавитационни мехурчета причиняват интензивни ударни вълни в околната течност и водят до образуването на течни струи с висока скорост на течността. За да се стабилизират новообразуваните капчици от дисперсната фаза срещу коалесценция, към емулсията се добавят емулгатори (повърхностно активни вещества, повърхностноактивни вещества) и стабилизатори. Тъй като срастването на капчиците след разрушаване влияе върху крайното разпределение на размера на капките, се използват ефективно стабилизиращи емулгатори, за да се поддържа крайното разпределение на размера на капките на ниво, равно на разпределението непосредствено след разрушаването на капката в зоната на ултразвуково диспергиране.

липозомни дисперсии

Липозомалните дисперсии, които се основават на ненаситен фосфатидилхлор, нямат стабилност срещу окисляване. Стабилизирането на дисперсията може да се постигне чрез антиоксиданти, като например чрез комплекс от витамини С и Е.
Ortan et al. (2002) постигат в своето проучване относно ултразвуковото приготвяне на етерично масло от Anethum graveolens в липозоми добри резултати. След ултразвука размерите на липозомите са между 70-150 nm, а за MLV между 230-475 nm; тези стойности са приблизително постоянни и след 2 месеца, но спират след 12 месеца, особено при дисперсия на SUV (вижте хистограмите по-долу). Измерването на стабилността, свързано със загубата на етерично масло и разпределението по размери, също показа, че липозомалните дисперсии поддържат съдържанието на летливо масло. Това предполага, че улавянето на етеричното масло в липозоми увеличава стабилността на маслото.
 

Стабилност на дисперсиите на MLV и SUV след 1 година. Липозомалните формулировки се съхраняват при 4±1 ºC.
(Проучване и графика: ©Ortan et al., 2009):

 
Кликнете тук, за да прочетете повече за ултразвуковата липозома!

Високоефективни соникатори за фармацевтични изследвания и производство

Hielscher Ultrasonics е вашият водещ доставчик на висококачествени, високоефективни ултразвукоуреди за изследвания и производство на фармацевтични продукти. Устройствата в диапазона от 50 вата до 16 000 вата позволяват да се намери правилният ултразвуков процесор за всеки обем и всеки процес. Със своята висока производителност, надеждност, здравина и лесна работа, ултразвуковата обработка е основна техника за приготвяне и обработка на наноматериали. Оборудвани с CIP (почистване на място) и SIP (стерилизиране на място), ултразвуковите апарати Hielscher гарантират безопасно и ефективно производство в съответствие с фармацевтичните стандарти. Всички специфични ултразвукови процеси могат лесно да бъдат тествани в лабораторна или настолна скала. Резултатите от тези изпитвания са напълно възпроизводими, така че следващото мащабиране е линейно и може лесно да се направи без допълнителни усилия по отношение на оптимизацията на процеса.

Хиелшер Соникатори: Проектиране, производство и консултиране – Качество, произведено в Германия

Ултразвуковите апарати Hielscher са добре известни със своите най-високи стандарти за качество и дизайн. Здравината и лесната работа позволяват безпроблемното интегриране на нашите ултразвукови апарати в промишлени съоръжения. Тежките условия и взискателните условия се справят лесно с ултразвуковите апарати на Hielscher.

Hielscher Ultrasonics е сертифицирана по ISO компания и поставя специален акцент върху високопроизводителните ултразвукови уреди, отличаващи се с най-съвременна технология и удобство за потребителя. Разбира се, ултразвуковите апарати на Hielscher са съвместими с CE и отговарят на изискванията на UL, CSA и RoHs.

Таблицата по-долу ви дава представа за приблизителния капацитет на обработка на нашите ултразвукови апарати:

Литература/Препратки