Ultrazvučna formulacija niosoma
Niosomi su vezikule nanometarskih dimenzija koje se mogu koristiti kao nosači lijekova (npr. lijekova protiv raka) i drugih bioaktivnih supstanci. Ultrazvučna emulzifikacija jednostavna je i brza metoda za formulaciju malih niosoma s visokim opterećenjem lijekom.
Vezikule niosoma kao nanonosači aktivnih sastojaka
Niosom je vezikula na bazi neionskog surfaktanta, koja se uglavnom formira ugradnjom neionskog surfaktanta i kolesterola kao ekscipijensa. Niosomi su stabilniji u odnosu na hemijsku razgradnju ili oksidaciju i imaju dugo vrijeme skladištenja u poređenju s lipozomima. Zahvaljujući surfaktantima koji se koriste za pripremu niosoma, oni su biorazgradivi, biokompatibilni i neimunogeni. Niosomi su osmotski aktivni, hemijski stabilni i nude duže vrijeme skladištenja u poređenju s lipozomima. Ovisno o veličini i lamelarnosti, dostupne su različite metode pripreme, kao što su ultrazvučna obrada (sonikacija), isparavanje obrnute faze, hidratacija tankog filma ili proces preuzimanja lijeka putem transmembranskog pH gradijenta. Ultrazvučna priprema niosoma preferirana je tehnika za proizvodnju unilamelarnih vezikula, koje su male i ujednačene veličine.
Ultrazvučna formulacija niosoma
Za formulaciju niosoma mora se pripremiti emulzija tipa ulje u vodi (u/v) od organske otopine surfaktanta i kolesterola te vodene otopine koja sadrži bioaktivno jedinjenje, tj. lijek. Ultrazvučna emulzifikacija superiorna je tehnika za miješanje nemješljivih tekućina kao što su ulje i voda. Smicanjem kapljica obje faze i njihovim razbijanjem na nanoveličinu dobija se nanoemulzija. Nakon toga se organski rastvarač isparava, što rezultira niosomima napunjenim terapijskim agensima, koji su dispergirani u vodenoj fazi. U poređenju s mehaničkim miješanjem, tehnika ultrazvučne formulacije niosoma ističe se time što u brzom procesu formira niosome manje prosječne dimenzije i nižeg indeksa polidisperznosti. Upotreba manjih vezikula općenito je preferirana s obzirom na to da one bolje izbjegavaju mehanizme klirensa u tijelu nego veće čestice i duže ostaju u krvotoku. (usp. Bragagni et al. 2014)
Saznajte više o ultrazvučnoj obradi (sonikaciji) za poboljšane formulacije niosoma!
- unilamelarne, male, ujednačene vezikule
- jednostavan i brz proces
- ponovljivost
- precizna kontrola
- sigurnost
- jednostavno povećanje razmjera
Protokoli ultrazvučne pripreme niosoma
Formulacija niosoma ultrazvučnom obradom (sonikacijom) opsežno je istražena, tako da su dostupni brojni naučno validirani protokoli za ultrazvučnu proizvodnju niosoma.
U nastavku možete pronaći kratak pregled nekoliko protokola formulacije za pripremu i punjenje niosoma ultrazvučnom obradom (sonikacijom).
Niosomi napunjeni ekstraktima biljke Withania somnifera
Chinembiri et al. (2017) formulirali su sirovi ekstrakt biljke Withania somnifera u niosome namijenjene topikalnoj primjeni. Bioaktivna jedinjenja inkapsulirana su injekcijom rastvarača. U tu svrhu, organska i vodena faza kontinuirano su magnetski miješane, a temperatura je održavana na 60°C ± 2°C dok se organski rastvarač nije uklonio. Dobivena formulacija ohlađena je i ultrazvučno obrađena na ledu pomoću sonikatora Hielscher UP200ST. Niosomi su imali prosječnu veličinu od otprilike 165,9 ± 9,4 i pokazali su visoku efikasnost inkapsulacije (EE%) withanolida A.
Niosomi napunjeni doksorubicinom
Niosomi N-palmitoil glukozamina (Glu) napunjeni doksorubicinom, lijekom protiv raka, pripremljeni su mućkanjem smjese NPG (16 mg), Span 60 (65 mg), kolesterola (58 mg) i Solulan C24 (54 mg) u otopini doksorubicina (1,5 mg/ml, 2 ml, pripremljenoj u PBS-u) na 90°C tokom 1 h, nakon čega je slijedila ultrazvučna obrada sondom u trajanju od 10 min (75% maksimuma).
Vezikule palmitoil glikol hitozana (GCP) pripremljene su kako je ranije opisano (11) ultrazvučnom obradom sondom glikol hitozana (10 mg) i kolesterola (4 mg) u otopini doksorubicina (1,5 mg/ml). (Dufes et al. 2004)
UP400St – ultrazvučni uređaj od 400W za formulaciju nanonosača kao što su niosomi
Alternativne metode pripreme niosoma
Alternativne metode formulacije niosoma, kao što su tehnika isparavanja obrnute faze ili proces preuzimanja lijeka putem transmembranskog pH gradijenta, uključuju primjenu ultrazvučne energije. Obje tehnike uglavnom se koriste za formulaciju multilamelarnih vezikula (MLV). U nastavku možete pronaći kratak opis obiju tehnika i uključenog koraka ultrazvučne obrade (sonikacije).
Ultrazvučna obrada (sonikacija) pri pripremi niosoma isparavanjem obrnute faze
U metodi isparavanja obrnute faze (REV) komponente niosomske formulacije otapaju se u smjesi etra i hloroforma i dodaju vodenoj fazi, koja sadrži lijek. Ultrazvučna emulzifikacija koristi se kako bi se smjesa pretvorila u emulziju fine veličine. Nakon toga se organska faza isparava. Niosomi dobiveni tokom isparavanja organskog rastvarača jesu unilamelarne vezikule velike veličine.
Proces preuzimanja lijeka putem transmembranskog pH gradijenta
Za proces preuzimanja lijeka putem transmembranskog pH gradijenta (s kiselom unutrašnjošću) (uz daljinsko punjenje) surfaktant i kolesterol otapaju se u hloroformu. Rastvarač se zatim isparava pod vakuumom kako bi se dobio tanak film na zidu tikvice okruglog dna. Film se hidratizira s 300 mM limunske kiseline (pH 4,0) vorteksiranjem suspenzije. Multilamelarne vezikule se zamrzavaju i odmrzavaju tri puta, a zatim se ultrazvučno obrađuju ultrazvučnim uređajem sa sondom. U ovu niosomsku suspenziju dodaje se vodena otopina koja sadrži 10 mg/ml lijeka i vorteksira se. pH uzorka se zatim podiže na pH 7,0-7,2 pomoću 1M dinatrijevog fosfata. Zatim se smjesa zagrijava na 60°C tokom 10 minuta. Ova tehnika daje multilamelarne vezikule. (usp. Kazi et al. 2010)
Ultrazvučno smanjenje veličine niosoma
Niosomi se obično nalaze u rasponu veličina od 10nm do 1000nm. Ovisno o tehnici pripreme, niosomi su često relativno velike veličine i skloni su stvaranju agregata. Međutim, specifične veličine niosoma važan su faktor kada je riječ o ciljanom tipu sistema za isporuku. Na primjer, vrlo mala veličina niosoma u nanometarskom rasponu najprikladnija je za sistemsku isporuku lijeka, gdje lijek mora biti isporučen kroz ćelijske membrane kako bi dospio do ćelijskog ciljnog mjesta, dok se veći niosomi preporučuju za intramuskularnu isporuku lijeka i isporuku u tjelesne šupljine ili za oftalmološke primjene. Ultrazvučno smanjenje veličine niosoma uobičajen je korak tokom pripreme visokopotentnih niosoma. Ultrazvučne smične sile deaglomeriraju i dispergiraju niosome u monodisperzne nano-niosome.
Protokol – Ultrazvučno smanjenje veličine LipoNiosoma
Naderinezhad et al. (2017) formulirali su biokompatibilne LipoNiosome (kombinaciju niosoma i lipozoma) koji sadrže Tween 60: kolesterol: DPPC (u omjeru 55 : 30 : 15 : 3) s 3% DSPE-mPEG. Kako bi smanjili veličinu pripremljenih LipoNiosoma, nakon hidratacije su suspenziju ultrazvučno obrađivali 45 min (15 sekundi uključeno i 10 sekundi isključeno, amplituda 70% pri 100 wati) kako bi se smanjila agregacija čestica, koristeći ultrazvučni homogenizator UP200St (Hielscher Ultrasonics GmbH, Njemačka). Za metodu pH gradijenta, osušeni filmovi CUR-a, surfaktanata i lipida hidratizirani su s 1300 mL amonijevog sulfata (pH 1⁄4 4) na 63 C tokom 47 min. Zatim su nanočestice ultrazvučno obrađene u ledenoj kupelji kako bi se dobile male vezikule.
Ultrazvučni uređaji za pripremu niosoma
Hielscher Ultrasonics ima dugogodišnje iskustvo u dizajnu, proizvodnji, distribuciji i servisu visokoučinkovitih ultrazvučnih homogenizatora za farmaceutsku, prehrambenu i kozmetičku industriju.
Priprema visokokvalitetnih niosoma, lipozoma, čvrstih lipidnih nanočestica, polimernih nanočestica, ciklodekstrinskih kompleksa i drugih nanostrukturiranih nosača lijekova procesi su u kojima se Hielscher sonikatori ističu zahvaljujući visokoj pouzdanosti, dosljednoj izlaznoj snazi i preciznoj kontroli. Hielscher ultrazvučni uređaji omogućavaju preciznu kontrolu svih procesnih parametara, kao što su amplituda, temperatura, pritisak i ultrazvučna energija. Inteligentni softver automatski bilježi sve parametre ultrazvučne obrade (vrijeme, datum, amplitudu, neto energiju, ukupnu energiju, temperaturu, pritisak) na ugrađenu SD karticu.
Robusnost Hielscher sonikatora omogućava rad 24/7 pri velikom opterećenju i u zahtjevnim okruženjima.
Tabela u nastavku daje okvirnu naznaku približnog procesnog kapaciteta naših ultrazvučnih uređaja:
| Zapremina šarže | Protok | Preporučeni uređaji |
|---|---|---|
| 1 do 500mL | 10 do 200mL/min | UP100H |
| 10 do 2000mL | 20 do 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 do 20L | 0,2 do 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 do 100L | 2 do 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 do 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | veći | klaster od UIP16000 |
Kontaktirajte nas! / Pitajte nas!
Ultrazvučni homogenizatori velike snage od laboratorijskog do pilotskog i industrijskog obima.
Literatura/Reference
- 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.
Činjenice vrijedne znanja
Niosomi naspram lipozoma
Lipozomi i niosomi mikroskopske su vezikule koje se mogu napuniti bioaktivnim jedinjenjima za isporuku lijekova. Niosomi su slični lipozomima, ali se razlikuju po sastavu dvosloja. Dok lipozomi imaju fosfolipidni dvosloj, dvosloj niosoma izrađen je od neionskih surfaktanata, što dovodi do hemijske razlike u strukturnim jedinicama. Ova strukturna razlika daje niosomima veću hemijsku stabilnost, superiorniju sposobnost penetracije kroz kožu i manje nečistoća.
Niosomi se prema veličini dijele u tri glavne grupe: male unilamelarne vezikule (SUV) imaju prosječni prečnik od 10–100 nm, velike unilamelarne vezikule (LUV) imaju prosječnu veličinu od 100–3000nm, a multilamelarne vezikule (MLV) karakterizira više od jednog dvosloja.
“Niosomi se in vivo ponašaju poput lipozoma, produžujući cirkulaciju zarobljenog lijeka i mijenjajući njegovu distribuciju u organima i metaboličku stabilnost. Kao i kod lipozoma, svojstva niosoma ovise o sastavu dvosloja, kao i o metodi njihove proizvodnje. Navodi se da interkalacija kolesterola u dvoslojeve smanjuje volumen zarobljavanja tokom formulacije, a time i efikasnost zarobljavanja.” (Kazi et al. 2010)
Niosomi se mogu pripremiti različitim tehnikama, kao što su tehnika hidratacije tankog filma, ultrazvučna obrada, metoda isparavanja obrnute faze, metoda zamrzavanja i odmrzavanja, mikrofluidizacija ili metoda dehidratacije i rehidratacije. Odabirom odgovarajućeg oblika pripreme, surfaktanta, sadržaja kolesterola, aditiva za površinski naboj i koncentracije suspenzije, sastav, lamelarnost, stabilnost i površinski naboj niosoma mogu se formulirati tako da ispune specifične zahtjeve nosača lijekova.
Kako bi se proizveli visokobiokompatibilni niosomi s vrlo niskom citotoksičnošću, surfaktanti koji se koriste u pripremi niosoma trebaju biti biorazgradivi, biokompatibilni i neimunogeni.